课题基金 / 基金详情

外星壤直接太阳光3-D打印建材制品原位资源化利用研究

批准号:
52078170
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
乔国富
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
乔国富

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
探索浩瀚宇宙是人类不懈追求的航天梦,外星基地是支撑人类向更深远宇宙进军的战略平台,如何大幅减轻基地建设对地球发射载荷的依赖是亟待解决的关键问题。项目立足于“就地取材,原位制造”思想,开展模拟外星壤太阳光直接3-D打印建材制品研究。首先,研究模拟月壤和火壤的烧结相变规律,掌握外星壤在不同特征温度下的性能,建立外星壤烧结与退火温控制度;其次,研究高真空低重力环境下外星壤熔体的热毛细效应,掌握静态外星壤粉床熔池发展演化机制,探索极端环境驱动的外星壤涂层制备方法;第三,研究从粉态至熔结态外星壤的光谱辐射特性,建立外星壤粉床熔覆热质输运耦合模型,得到太阳光直接3-D打印工艺优化方法;最后,研究热和冲击荷载对外星壤建材制品性能的影响,建立太阳光直接3-D打印外星壤建材制品的拓扑结构优化设计方法,探索具有自锁功能的外星基地用模块化建材制品制造方法。本项目将为我国航天强国新时代外星基地建设增砖添瓦。
英文摘要
Space exploration is an unremittingly pursuiting dream of the human beings. Extraterrestrial base plays a major strategic role for the mankind to march outside to the much deeper and farther space. It is very vital and urgent to drastically reduce the launch payload dependence on Earth for the extraterrestrial base construction. Based on the concept of “made by local materials, made in space”, this project deploys the research on direct-sunlight 3D-printing building materials using the in-situ extraterrestrial regolith resources. Firstly, the sintering phase-transition processes of lunar and mars regolith stimulants are investigated. The extraterrestrial regolith with different characteristic temperature is achieved. The temperature control strategies for sintering and annealing processes are established. Secondly, the thermal capillary effect of melting extraterrestrial regolith is explored under the circumstances of high vacuum and low gravity condition. The mitigation and evolution mechanism of static molten pool is revealed. The preparation method of extraterrestrial regolith coating driven by the extreme environmental effects is developed. Thirdly, the spectrum radiation characteristics of extraterrestrial regolith from powder to sintered states are obtained. The heat-mass coupling transport model is established for the powder-bed cladding process of extraterrestrial regolith. The direct-sunlight 3D-printing process is optimized. Finally, the influence of thermal and shock loads on the mechanical performance of extraterrestrial regolith is investigated. The topological-structure optimization design method is established for the direct-sunlight 3D-printing extraterrestrial regolith. The manufacturing technique of the modular products with interlocking function is developed for the extraterrestrial base construction. This project will provide the basic building materials for the construction of an extraterrestrial base in the new era of China space power.
外星基地对人类科学与工程创新皆具有重大牵动引领作用,是人类迈向星际文明的新起点。外星基地系统庞大复杂,依赖地球发射载荷以提供其建设用材,成本将是天文数字。故此,如何充份利用外星原位资源制造工程材料,大幅降低外星基地建设对地球资源的依赖,是人类可持续地走向更深远太空的必由之路。.项目充分考量月球、火星表面丰沛的光热辐射能源和星表壤物质两类资源,立足于“就地取材,原位制造,在轨修复”思想,开展了外星壤直接太阳光3-D打印建材制品原位资源化利用研究工作。首先,开展了月壤与火星壤烧结相变机理与性能研究,分析了月壤与火壤模拟物等效特性,揭示了月壤与火壤烧结相变热力学与动力学机理,掌握了月壤与火壤熔体热处理调控机理,建立了月壤与火壤熔铸制品烧成工艺与制品性能关系;其次,开展了极端环境对外星壤熔体流变行为影响机理研究,建立了高真空热毛细作用下熔融外星壤壁面流动分析理论模型,分析了月面极端环境外星壤粉床熔池发展演化规律,提出了太阳光热辐射熔融外星壤涂层在轨焊接修复方法;第三,开展了太阳光直接3-D打印外星壤增材制造方法研究,建立了外星壤直接聚焦太阳光热辐射粉床熔覆3-D打印模型过程热力耦合场理论模型,分析了模拟壤、聚光器、成型作动参数对制品性能影响规律,提出了太阳光直接3-D打印外星壤增材制造型性调控方法;最后,开展了外星壤建材制品拓扑结构优化设计方法与多类型制品研究,建立了3-D打印砌块结构变密度拓扑结构优化设计理论模型,掌握了外星壤熔融沉积3-D打印工艺与性能关系,得到了外星壤熔体强制牵引拉制纤维方法。.本项目成果为月球、火星基地的建筑物承力与维护结构、着陆场、防爆墙等建设用材生产提供了基础理论与核心技术,支持了我国探月四期某科学试验载荷的国家立项工作,并将继续为我国航天强国建设增砖添瓦。
轨道交通基础设施杂散电流腐蚀疲劳损伤机理与全寿命监测系统
  • 批准号:
    51578190
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
重大钢混结构腐蚀监测与CP控制一体化自治系统
  • 批准号:
    51378156
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
基于TPS及ENA的钢混结构钢筋腐蚀电化学特征识别与监测传感器系统
  • 批准号:
    51008098
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    乔国富
  • 依托单位:
国内基金
海外基金