CN111257965B - 一种月球表面水分子及同位素组成就位测量***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量***及方法,它涉及在月球永久阴影极区,对月表水冰进行原位的采样提取,采用激光吸收光谱‑质谱联用手段进行就位的水分子含量及同位素组成进行测定的***和方法。它包括电控单元,分析单元,水冰提取装置,该***依托在月球探测着陆平台。其步骤包括着陆平台降落在待测区域,仪器开机自检,水冰提取装置加热提取水汽,启动分析仪测量水含量和氢同位素,降温完成本区域分析流程,移动到下一区域,最后完成测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种月球表面水分子及同位素组成就位测量***及方法。
背景技术
月球水和挥发分的分布、含量和来源与月球起源、岩浆洋演化等重大问题直接相关。同时月球水也是重要战略资源,为未来月球基地、载人探月活动提供支撑。因此开展月球水冰探测具有重要的科学意义和战略价值。然而,以往国际上月球水冰探测均采用遥感间接技术方案,包括全月球中子谱探测、成像光谱仪、反射率探测等。目前,还没有直接就位进行月球水冰探测及同位素测量,在我国更是首次。
发明内容
为了解决以上的技术问题,提供了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量***及方法。该***包括电控单元,分析单元,水冰提取装置,该***依托在月球探测着陆平台;水冰提取装置与置于分析单元的反射池的输入端流体连接;反射池的输出端与第一隔离阀的一端流体连接,第一隔离阀的另一端与EI离子源的输入端流体连接;分析单元的输出端与第二隔离阀流体连接。
还提供了一种月球表面水分子及同位素组成就位测量方法,步骤为:
第一步:着陆平台降落在待测区域,电控单元,分析单元开机自检,水冰提取装置预热;
第二步:移动水冰提取装置,利用传动机构***月壤中;
第三步:水冰提取装置加载工作电流,记录加热温度;
第四步:启动分析单元,测量水分子含量及氢同位素;
第五步:温度达到设定温度后降温,收回水冰提取装置,完成该区域测量。
本发明的有益效果是:本发明提出以激光吸收光谱-飞行时间质谱联用为技术手段,依托月球探测着陆平台,对月球永久阴影极区的月表水冰进行原位的采样提取,从而原位获得月表水分子含量及同位素组成。***功耗低、质量轻、灵敏度高符合月球探测载荷需求。
附图说明
图1:月球表面水分子及同位素组成就位测量***总体示意图;
图2:月球表面水分子及同位素组成就位测量***内部结构图;
图3:月球表面水分子及同位素组成就位测量***及方法总体流程图。
具体实施方式
本发明的月球表面水分子及同位素组成就位测量***,包括电控单元1,分析单元2,水冰提取装置3,该***依托在月球探测着陆平台4;水冰提取装置3与置于分析单元2的反射池2-1的输入端流体连接;反射池2-1的输出端与第一隔离阀2-5的一端流体连接,第一隔离阀2-5的另一端与EI离子源2-6的输入端流体连接;分析单元2的输出端与第二隔离阀2-11流体连接。
分析单元2设置有反射池2-1、激光器2-2、温度探头2-3、激光探测器2-4、第一隔离阀2-5、EI离子源2-6、加速区2-7、MCP检测器2-8、飞行区2-9、反射区2-10、第二隔离阀2-11。
反射池2-1、激光器2-2、温度探头2-3、激光探测器2-4用于获得激光吸收光谱数据,通信连接并传输到电控单元1。反射池2-1的温度探头2-3与电控单元1电性连接,用于对吸收光谱数据进行校正计算水分子同位素;EI离子源2-6、加速区2-7、MCP检测器2-8、飞行区2-9、反射区2-10用于获得水分子含量信息。
对于月球表面水分子及同位素组成就位测量方法,具体测量流程如下:
第一步:着陆平台4降落在待测区域,电控单元1,分析单元2开机自检,水冰提取装置3预热;
第二步:移动水冰提取装置3,利用传动机构***月壤中;
第三步:水冰提取装置3加载工作电流,记录加热温度;
第四步:启动分析单元2,测量水分子含量及氢同位素;
第五步:温度达到设定温度后降温,收回水冰提取装置3,完成该区域测量;
第六步:判断是否进行下区域测量,移动着陆平台到下一区域或结束测量。
具体地,水冰提取装置3提取的水汽进入反射池2-1,通过激光器2-2,激光探测器2-4获得激光吸收光谱数据,传输到电控单元1。反射池2-1的温度探头2-3与电控单元1电性连接,用于对吸收光谱数据进行校正计算水分子同位素,电控单元1输出水分子同位素信息。为实现同位素比的准确测量,需要选择线强更强的中红外基频吸收,选取波长为6756nm,实现该波段出光的激光器为量子级联激光器(QCL)。激光探测器选用相应波段的热电制冷型或无制冷型MCT、InAsSb探测器。
飞行时间质谱中,EI离子源2-5电离水汽产生离子,离子依次通过加速区2-7、飞行区2-9、反射区2-10被MCP检测器2-8接收,获得的水分子信号传输到电控单元1,电控单元1输出水分子含量信息。飞行质谱的质量范围为1-100amu,分辨率为100FWHM。
为了提高水汽的探测精度,需要提高水汽在腔体内的浓度或压力。在水冰提取装置3的管路处设置有水汽的冷凝富集装置,当水汽达到一定量后关闭水冰提取装置3的进气阀门,然后加热水汽的冷凝富集装置,从而产生较高浓度的水汽。
Claims (5)
1.一种月球表面水分子及同位素组成就位测量***,其特征在于:它包括电控单元(1),分析单元(2),水冰提取装置(3),该***依托在月球探测着陆平台(4);水冰提取装置(3)与置于分析单元(2)的反射池(2-1)的输入端流体连接;反射池(2-1)的输出端与第一隔离阀(2-5)的一端流体连接,第一隔离阀(2-5)的另一端与EI离子源(2-6)的输入端流体连接;分析单元(2)的输出端与第二隔离阀(2-11)流体连接;水冰提取装置(3),***月壤中加热提取水分子;电控单元(1)输出水分子同位素信息及水分子含量信息。
2.根据权利要求1所述月球表面水分子及同位素组成就位测量***,其特征在于,分析单元(2)设置有反射池(2-1)、激光器(2-2)、温度探头(2-3)、激光探测器(2-4)、第一隔离阀(2-5)、EI离子源(2-6)、加速区(2-7)、MCP检测器(2-8)、飞行区(2-9)、反射区(2-10)、第二隔离阀(2-11);
其中激光器(2-2)、温度探头(2-3)、激光探测器(2-4)、第一隔离阀(2-5),EI离子源(2-6)、加速区(2-7)、MCP检测器(2-8)、飞行区(2-9)、反射区(2-10)、第二隔离阀(2-11)与电控单元(1)电性连接。
3.一种利用权利要求2所述的测量***的月球表面水分子及同位素组成就位测量方法,其特征在于该方法步骤为:
第一步:着陆平台(4)降落在待测区域,电控单元(1),分析单元(2)开机自检,水冰提取装置(3)预热;
第二步:移动水冰提取装置(3),利用传动机构***月壤中;
第三步:水冰提取装置(3)加载工作电流,记录加热温度;
第四步:启动分析单元(2),测量水分子含量及氢同位素;
第五步:温度达到设定温度后降温,收回水冰提取装置(3),完成该区域测量;
第六步:判断是否进行下一区域测量,移动着陆平台到下一区域或结束测量。
4.根据权利要求3所述的月球表面水分子及同位素组成就位测量方法,其特征在于,所述水冰提取装置(3)提取的水汽进入反射池(2-1),通过激光器(2-2),激光探测器(2-4)获得激光吸收光谱数据,传输到电控单元(1);
反射池(2-1)的温度探头(2-3)与电控单元(1)电性连接,用于对吸收光谱数据进行校正计算水分子同位素。
5.根据权利要求3所述的月球表面水分子及同位素组成就位测量方法,其特征在于,所述EI离子源(2-5)电离水汽产生离子,离子依次通过加速区(2-7)、飞行区(2-9)、反射区(2-10)被MCP检测器(2-8)接收,获得的水分子信号传输到电控单元(1)。
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CN112525976B (zh) * | 2020-10-19 | 2022-04-22 | 中国科学院广州地球化学研究所 | 一种基于大型离子探针对含水矿物中水含量、氧同位素和氢同位素同时进行分析的方法 |
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5661038A (en) * | 1995-05-16 | 1997-08-26 | Cornell Research Foundation, Inc. | Interface system for isotopic analysis of hydrogen |
CN102565268A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-07-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | 色谱-质谱法分析二氧化碳稳定同位素比值法 |
CN103018357A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-03 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | 色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5661038A (en) * | 1995-05-16 | 1997-08-26 | Cornell Research Foundation, Inc. | Interface system for isotopic analysis of hydrogen |
CN102565268A (zh) * | 2012-02-28 | 2012-07-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | 色谱-质谱法分析二氧化碳稳定同位素比值法 |
CN103018357A (zh) * | 2012-11-28 | 2013-04-03 | 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心 | 色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法 |
CN104181245A (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-03 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种流体包裹体水中氢同位素分析方法 |
CN105845539A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-08-10 | 布鲁克道尔顿有限公司 | 使用串联飞行时间质谱仪测量碎片离子质谱 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
NASA试验月球车样车;无;《中国航天》;20151231;第58-59页 * |
中红外波段大气碳同位素激光***光谱研究;夏滑等;《光谱学与光谱分析》;20171130;第37卷(第11期);第3365-3369页 * |
月面人机联合采样探测发展趋势与任务设想;姜生元等;《载人航天》;20191031;第25卷(第5期);第572-580页 * |
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