基于颗粒群电控运动的月尘防护机理研究

月球表面飘浮的尘埃将影响探测器太阳能帆板、散热系统和观察系统的寿命，针对月表探测的新型电除尘技术，课题将研究介电颗粒群在介电泳力和静电力驱动下的运动规律，并建立颗粒群输运量与所施加电场的关系，为月表探测中新型电除尘方法提供理论基础。为此，本项目将就以下方面展开研究：（1）不规则介质颗粒介电泳力表征方法；（2）高梯度非均匀电场的优化理论；（3）介质颗粒群在非均匀电场中的跃移运动。本项目将结合理论分析、数值模拟和实验测试手段，弄清颗粒群在介电泳力和静电力作用下的跃移运动规律，为月表探测器新型电驱动除尘技术的设计和应用提供理论基础。

月球表面漂浮着大量细小尘埃物质。在人类实施月球表面探测时，这些尘埃物质在探测设备表面的沉积将对探测任务的顺利实施造成严重不利影响。为了克服月球尘埃引起的障碍，近来研究人员发现交变电场除尘方法可以有效地对月表设备进行尘埃防护。但因该方法的实施需要高场强等原因，其实用性仍受很大限制，仍需要对其清除尘埃的机理进一步研究，以确定各种相关影响的因素，从而实现对该技术的最优化设计。本项目研究了实现交变电场的电帘工作机理，首先研究了电帘表面的交变电场分布、给出了尘埃颗粒在电帘表面的受力状态、得到了颗粒群运动过程中的碰撞摩擦电荷分布、对尘埃颗粒运动过程过行了模拟；对颗粒驱离运动、装置的除尘效率和能耗等要素进行了理论和实验研究，提出了自清洁太阳能电池板系统的设计与制备方案。项目细致分析了尘埃颗粒的起跳过程、碰撞引起的静电的生成及其对除尘效率的影响，发现了颗粒的碰撞带电量将对其驱离时起跳阶段起到关键作用。最后，对该交变电场防尘除尘技术存在的问题进行了总结。