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第10卷第5期深空探测学报（中英文）Vol.10No.5
2023年10月JournalofDeepSpaceExplorationOctober2023
月球极区水冰开采热管阵列布局设计方法
赵嘉龙，袁帅，张泽旭
（哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001）
摘要：针对月球极区水冰原位资源开采问题，提出一种热管阵列布局设计方法。根据水冰开采方案给出了热管阵
列，用三维有限差分方法对热管阵列进行热传导数值解算；建立采水量与热流消耗的目标函数，利用遗传算法对热管阵列
布局进行优化，迭代搜索出热管布局的最优解。仿真实验表明，提出的热管阵列布局优化方法能够以最小的热流消耗获得
最大的采水量，并给出一次任务能够收集的水冰质量和所需总时间。将这一设计方法应用于月球基地生命保障系统，可提
高极地原位资源的采集效率。
关键词：水冰开采；热管阵列；遗传算法；最优化问题
中图分类号：V57文献标识码：A文章编号：2096-9287（2023）05-0494-09
DOI:10.15982/j.issn.2096-9287.2023
引用格式：赵嘉龙，袁帅，张泽旭.月球极区水冰开采热管阵列布局设计方法[J].深空探测学报（中英文），
2023，10（5）：494-502.
Referenceformat:ZHAOJL，YUANS，ZHANGZX.Designmethodofheatpipearray’slayoutforlunarpolar
watericemining[J].JournalofDeepSpaceExploration，2023，10（5）：494-502.
引言储存在深沟槽中，再转运至存储罐，运输回月球基
地，而后将水冰和月壤中其它物质进行分离。这种挖
月球具有特殊的空间位置，可以作为太阳系行星
掘方法设计简便，缺点是一个工作周期采水量较少，
探测的中转站，为行星登陆试验提供平台；而且，月
且受分离装置效率的影响较大。加热式开采的方法是
球矿藏众多，能源丰富，开发月球原位资源可以带来
在采水区域布置加热器阵列，加热模式可选择电加
巨大的经济效益，因此月球成为了近年来人类深空探
热、微波加热，或将太阳能导入深坑，用光能进行加
测活动的关键目标。2009年，美国发射了月球勘测轨
热。水冰受热升华为水蒸气，在月表被气体捕集装置
道器LRO，其上搭载的月球遥感卫星LCROSS进行了
收集，完成开采的过程。这种加热法采水效率较高，
永久阴影区的撞击实验，所得数据为月球极区存在固
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