空間探測器的著陸裝置以及裝有所述裝置的探測器著陸方法

2023-07-16 10:42:31

專利名稱：空間探測器的著陸裝置以及裝有所述裝置的探測器著陸方法
技術領域：
本發明涉及空間探測器的著陸裝置以及裝有所述裝置的探測器著陸方法。
背景技術：
已知多種用於空間探測器在天體上的著陸的裝置和方法。在載有探月車的登月艙執行探月任務時，登月例如藉助反推力火箭實現，登月艙可以重新起飛。在具有大氣層的行星上執行任務的情況下，例如使用降落傘使探測器減速，探測器由裝有能緩衝地面撞擊的氣球的支架模塊支撐。可發現，目前實現的探測器整體包括支撐結構和有效荷載(charge utile)，後者例如是系在支撐結構上的「漫遊者」型運行模塊。支撐結構能減輕著陸的衝擊，且在著陸後處於有效荷載下。當有效荷載是一種能移動的模塊，例如運行模塊，為了使所述載荷可被利用，所述有效荷載應在著陸後從支撐結構上降下。因此應設有滑道、吊車或其它類型的卸載系統，這些系統增加了整體的質量。此外，當探測器藉助氣球或降落傘降落時，有效荷載必須穿過例如繩索或癟掉的帆布等餘留降落系統所處的區域上，而存在有效荷載的輪子與餘留物纏結的風險。在所述情況下，可以設置傾斜的牆面或滑道來覆蓋癟氣球所處的區域，尤其可如 ESA的ExoMars項目那樣設定。為了解決所述問題，設置NASA的名為「火星科學實驗室(Mars Scientific Laboratory) 」的探測器以使用基於這樣的支撐結構的另一種概念，所述支撐結構包括隨後能釋放運輸模塊的減速降落傘裝置，所述運輸模塊將在火星地面進行被推進的準靜態飛行，直至通過吊車和繩索使運輸模塊降落至地面為止。所述靜態飛行是在推進劑方面複雜而成本高昂的方案，相反，所述方案能避免模塊著陸地點被降落系統的餘留物阻塞，且能把模塊放置在非常確定的區域。本發明的目的在於提出一種空間探測器著陸裝置，其使用簡單且能把例如運行模塊的空間探測器送到地面，使其方便地被展開。

發明內容
為此，本發明提出一種空間探測器，其包括支撐活動探索飛行器的降落模塊，為此，降落模塊是著陸模塊，活動探索飛行器被鉤掛在所述著陸模塊的內部，著陸模塊裝備有能在低於活動探索飛行器高度的下方展開的著陸撐腳。本發明還提出一種空間探測器的展開方法，所述空間探測器包括支撐活動探索飛行器的降落和著陸模塊，為此，活動探索飛行器被鉤掛在降落模塊的下方，本方法包括探測器的一系列著陸步驟，其包括
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-由氣體推進器的噴嘴推進的降落和著陸模塊的制動階段，-降落和著陸模塊的著陸撐腳的展開階段，-具有活動探索飛行器的降落和著陸模塊的著陸階段，-活動探索飛行器被設置在設於地面的降落和著陸模塊的著陸撐腳之間的階段


參考附圖，可以在閱讀以下對本發明非局限性示例所做的說明後更好地理解本發明的其它特徵和優點。圖1是裝備透明後罩及其護罩的本發明的探測器的透視圖；圖2是不帶護罩的圖1的探測器的透視圖；圖3是圖1的探測器的側視圖，降落模塊處於導向飛行構型，且其不帶後罩和護罩；圖4是圖1的探測器的降落模塊處於著陸構型；圖5是在著陸之後的圖1的探測器以及設置在地面的探索飛行器；圖6是降落和著陸模塊的實施示例的透視仰視圖。
具體實施例方式在圖1上被完整示出的本發明的空間探測器1是一種用來設置行星探索飛行器的探測器，且特別地被應用在火星探測器上。其包括支撐活動探索飛行器3的降落模塊2。圖1所示的探測器裝備有熱護罩6和後罩7，從而在其進入行星大氣層時對其進行保護。後罩7包括同心凹槽13和14，中央凹槽內安設有由發射筒(mortier)推進的高超音速降落傘而外圍凹槽內安設有亞音速主降落傘。降落模塊2包括能支撐和放開下方護罩6的結構，且在圖2中，示出護罩被收回的探測器下方部分，示出能把護罩鉤掛在降落模塊的下方結構上的接頭15。
同樣，降落模塊包括能支撐後罩7的結構，且圖3能顯示能把後罩7固定在降落模塊的所述結構上的下鉤掛接點16和上鉤掛接點17。根據本發明，降落模塊是著陸模塊2，如圖2和圖3的示例所示的活動探索飛行器被鉤掛在該著陸模塊的內部。更特別地，活動探索飛行器被鉤掛在著陸模塊的下方部分，例如更特別地被示出在圖6上的板23下方，從而使活動探索飛行器可以經由模塊2的下方從模塊2上被釋放。更特別地如圖4所示，著陸模塊裝備有著陸撐腳4，所述撐腳適於在低於活動探索飛行器3的高度下方被展開。著陸撐腳是伸縮式撐腳，其裝備有緩衝裝置5，所述緩衝裝置5能減緩著陸模塊的著陸衝擊度。根據圖3，著陸撐腳4根據收縮位置，被安設在設置於著陸模塊2外圍的管筒12 內。所述撐腳的收縮位置對應於模塊的降落和飛行構型。
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根據本發明有利的實施方式，著陸模塊2以呈圍繞活動探索飛行器的框架形狀而製成。所述框架支撐後罩7且給予其硬度，因此可以僅考慮為保護著陸模塊和探索飛行器必須承受的熱應力而實現後罩。尤其如圖5所示的著陸模塊包括具有第一直徑的整體呈環形的上框架10，具有大於第一直徑的第二直徑的整體呈環形的下框架9以及將上框架連接於下框架的外圍立柱 11。上框架10和下框架9由T形連接件18連接的杆22製成，所述連接件18也容納立柱11。圍繞探索飛行器構成外部框架的所述網眼構造非常輕盈和堅硬。此外，一旦後罩和護罩被投下且探索飛行器被安置好，所述鑽孔結構能使陽光通過直到達到探索飛行器的太陽能電池板19，從而使其具有操作性且為其發動機供電，以便從著陸模塊下方脫離。為了在最終的下降和著陸階段引航，著陸模塊包括制動噴嘴8。所述噴嘴由來自容器20的供應迴路供應，所述容器20被圖5示出的連杆21固定在模塊結構上。在圖上，容器並不符合比例，連杆的位置沒有被精確地示出。根據所示的示例，至少某些制動噴嘴被設置在著陸模塊的下框架9的外圍。根據所示的示例，例如如圖6中的示例所示，噴嘴被分布且固定在下框架的杆22上，每個杆容納兩噴嘴，所述噴嘴被設置在靠近杆的端部。如更高處所示，本發明的下降和著陸模塊包括著陸撐腳。為了減少飛行階段模塊的體積，著陸撐腳4可收縮且根據收縮位置被安設在平行設置於某些外圍立柱11的管筒12 內。本發明的空間探測器能使探索飛行器簡單可靠地被展開，此外還能通過控制著陸模塊的降落來選擇能順利放置探索飛行器的著陸地點，且最後還能限制探測器著陸所需碳氫燃料的數量。空間探測器1的展開方法，所述空間探測器包括支撐活動探索飛行器3的降落和著陸模塊2，為此，活動探索飛行器被鉤掛在降落模塊的下方，其因此包括探測器的一系列著陸順序，包括-通過氣體推進器的噴嘴8的推進的降落和著陸模塊的制動階段，其中，可以對模塊導航以便從而從500米到1000米的高度開始選擇合適的降落地點，模塊因此處在圖3的構型中。-降落和著陸模塊2的著陸撐腳4在下降結束時的展開階段，且在著陸之前，使模塊進入圖4的撐腳被展開的構型。-具有活動探索飛行器3的降落和著陸模塊的著陸階段，為此，撐腳的緩衝器5承受著陸的衝擊力，-活動探索飛行器3被放置在設於地面的降落和著陸模塊2的著陸撐腳4之間的階段。根據圖6的示例，著陸模塊通過接點M被固定在著陸模塊的板23的下方，對於最後階段，或者活動飛行器僅與接點M脫鉤且從腳4的高度上降落，或者飛行器從接點脫鉤
6且在其降落過程中通過制動繩索減速。在著陸順序之前，探測器的展開方法包括一系列降落順序，其包括-探測器進入行星大氣層以及降落和著陸模塊被後罩7和護罩6遮蓋的階段，護罩首先被用作為制動裝置，隨後進入大氣層，直到達到約2Mach的速度，探測器處於圖1的構型，隨後通過高超音速降落傘完成制動，所述降落傘通過發射筒從圖1所示的凹槽13被彈出，直到具有小於IMach的速度為止。-裝備有其後罩7及其護罩6的降落和著陸模塊在主降落傘下的至少一個減速階段，主降落傘在發射筒和高超音速降落傘被空投之後從凹槽14展開，-護罩6的空投階段，在主降落傘下護罩6和探測器不同的彈道係數使護罩迅速遠離探測器，探測器因此處於圖2的構型。一旦高度恢復至約500米至1000米，本方法包括後罩7和主降落傘的空投階段， 降落和著陸模塊2通過噴嘴裝置8隨後變為導向飛行狀態，由此終止其降落並結束減速，正如圖3的構型所示。在結束降落時且著陸之前，降落模塊展開其撐腳且最終，一旦降落和著陸模塊2 被設置在地面，本發明的探測器展開方法規定，通過在降落和著陸模塊的著陸撐腳4之間移動，活動探索飛行器3從降落和著陸模塊下方脫離。可以在至少部分打開飛行器的太陽能光板19之後進行所述移動，以便為飛行器的發動機供電。本發明的探測器通過對構成降落和著陸模塊的元件尺寸的設定以及後罩的尺寸設定而對質量進行優化，且降落模塊被保持在主降落傘下直到一相對較低的高度，以便限制最後降落階段所需的碳氫燃料數量。本發明不僅局限於所描述的示例，而是包括權利要求書所涵蓋的所有變型，且尤其是所示的示例包括四個撐腳，但也可以設計例如5或6個撐腳的其它構型。
權利要求
1.一種空間探測器(1)，包括支撐活動探索飛行器⑶的降落模塊，其特徵在於，所述降落模塊是著陸模塊O)，活動探索飛行器被鉤掛在所述著陸模塊的內部，著陸模塊裝備有能在低於活動探索飛行器的高度下方展開的著陸撐腳(4)。
2.根據權利要求1所述的空間探測器，其特徵在於，所述著陸撐腳是伸縮式撐腳，所述伸縮式撐腳裝備有緩衝裝置(5)，所述緩衝裝置(5)能減緩著陸模塊的著陸衝擊度。
3.根據權利要求1或2所述的空間探測器，其特徵在於，所述著陸模塊( 包括能支撐和鬆開下方護罩(6)的結構。
4.根據權利要求1、2或3所述的空間探測器，其特徵在於，所述著陸模塊包括能支撐後罩(7)的結構。
5.根據上述權利要求任一項所述的空間探測器，其特徵在於，所述著陸模塊(2)呈圍繞活動探索飛行器的框架的形狀。
6.根據權利要求4和5所述的空間探測器，其特徵在於，所述框架支撐後罩(7)。
7.根據上述權利要求任一項所述的空間探測器，其特徵在於，所述著陸模塊包括制動噴嘴(8)。
8.根據權利要求7所述的空間探測器，其特徵在於，至少某些所述制動噴嘴被設置在著陸模塊的下方框架(9)的外圍。
9.根據上述權利要求任一項所述的空間探測器，其特徵在於，著陸模塊包括具有第一直徑的整體呈環形的上框架(10)，具有大於第一直徑的第二直徑的整體呈環形的下框架 (9)以及把上框架連接於下框架的外圍立柱(11)。
10.根據權利要求9所述的空間探測器，其特徵在於，著陸撐腳(4)根據縮進位置，被安設在平行設置於某些外圍立柱(11)上的管筒(1 內。
11.一種空間探測器(1)的展開方法，所述空間探測器包括支撐活動探索飛行器(3)的降落和著陸模塊( ，活動探索飛行器被鉤掛在降落模塊的下方，其特徵在於，所述方法包括探測器的一系列著陸步驟，其包括-由氣體推進器的噴嘴(8)推進的降落和著陸模塊的制動階段，-降落和著陸模塊O)的著陸撐腳的展開階段，-具有活動探索飛行器(3)的降落和著陸模塊的著陸階段，-活動探索飛行器( 被設置在設於地面的降落和著陸模塊O)的著陸撐腳(4)之間的階段。
12.根據權利要求11所述的空間探測器(1)的展開方法，其特徵在於，在著陸步驟之前包括一系列降落步驟，所述降落步驟包括-探測器進入行星大氣層的階段，降落和著陸模塊被後罩(7)和護罩(6)遮蓋，-裝備有其後罩(7)及其護罩(6)的降落和著陸模塊在主降落傘下的至少一個減速階段，-護罩(6)的空投階段，-後罩(7)和主降落傘的空投階段，降落和著陸模塊(2)通過噴嘴裝置(8)隨後變為導向飛行狀態。
13.根據權利要求10或11所述的空間探測器(1)的展開方法，其特徵在於，當降落和著陸模塊( 被設置在地面時，通過在降落和著陸模塊的著陸撐腳(4)之間移動探索飛行器，使活動探索飛行器( 從降落和著陸模塊下方脫離。
全文摘要
本發明的目的在於提出一種空間探測器(1)，其包括支撐活動探索飛行器(3)的降落模塊，其特徵在於，所述降落模塊是著陸模塊(2)，活動探索飛行器被鉤掛在所述著陸模塊的內部，著陸模塊裝備有能在低於活動探索飛行器的高度下方展開的著陸撐腳(4)。
文檔編號B64G1/58GK102438906SQ201080017099
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月5日 優先權日2009年3月17日
發明者克裡斯託夫·巴朗布瓦, 瓦萊麗·奧傑爾, 羅伯特·安德烈·萊納, 馬裡耶-克萊雷·珀金森 申請人:阿斯特裡姆有限公司