主體著陸系統以及具有該系統的空間探測器的製作方法

2023-11-30 13:34:26

專利名稱：主體著陸系統以及具有該系統的空間探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及支撐地面上的主體的著陸系統。本發明還涉及具有該著陸系統以登陸天體進行探測的空間交通工具，例如空間探測器。
背景技術：
用於空間探測器的著陸設備是已知的，其包括對稱設置的多條著陸腿，每條著陸腿在其末端具有腳墊。這些設備用於在探測器與地面接觸時適當地吸收空間探測器的餘速，從而確保探測器的完好。然而，對於空間探測器的著陸地點的情況，我們通常不清楚，或知之甚少。事實上， 即使在具有現有讀數(例如探測器所要著陸的天體的圖像)的情況下，這些讀數通常是遠距離獲取的，使得不能對著陸地點的表面的起伏情況進行詳盡的評估。此外，由於力學環境條件(振動、衝擊等)，並且可能由於探測器在其朝著天體地表下落期間可能遇到的嚴格環境限制(保護殼的溫度)，空間探測器的著陸姿態不可能是精確的。因此，在設計著陸腿的尺寸時，考慮到了空間探測器的兩種極端著陸情況。首先，空間探測器的著陸可能按照單條著陸腿的方向發生。因此，探測器的每條著陸腿的尺寸被設計成能夠單獨地承受探測器和天體地表之間的初始接觸衝擊。由此，每條著陸腿的尺寸設計使得其能夠單獨地吸收著陸的全部衝擊能量°相反地，空間探測器的所有著陸腿可在著陸期間並行地運行。這些著陸腿以及其附屬的腳墊的長度相同，從而這些著陸腿同時與地表接觸。因此，著陸腿的尺寸設計必須考慮到空間探測器在著陸時經受的峰值減速限制。除了由於空間探測器運輸的負載之外，還由於著陸太快的原因，需要一直考慮到防止空間探測器的結構損壞，因此這種峰值減速限制是必要的。最後，通過增加支撐探測器的著陸腿的數量來提升空間探測器在天體地表上的穩定性。因此，空間探測器具有大量的著陸腿。然而，難於找到一種介於以下兩者之間的折衷方案在單獨吸收著陸衝擊時每條著陸腿必須具有的初始高阻尼容量和在所有著陸腿同時與地面接觸時所有著陸腿需要的低級別總體剛度。用於多接觸著陸的著陸腿的尺寸標準也導致著陸設備的質量以nV2的幅度增加， 其中，η是著陸設備的著陸腿的數量。因此，空間探測器的穩定性的提升與降低這些探測器的質量這兩種情況不能並存。因此，提供一種能夠實現空間探測器在天體地表上的高穩定性同時最小化系統質量的增加(與著陸腿的數量的增加相關聯)的著陸系統，是令人關注的
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種主體著陸系統，其設計和運行模式簡單、可靠、 並確保在地表上對該主體的穩定支撐，而不增加可由該主體運輸的負載的限制。本發明還涉及空間交通工具，例如具有這種著陸系統的用於探測的空間探測器， 其著陸的天體具有承載表面，該承載表面可以是固態的。出於該目的，本發明涉及主體著陸系統，包括著陸腿，每條著陸腿在其一端具有腳墊，腳墊用於當與地面接觸時抑制所述主體的著陸衝擊並在著陸之後在地面上支撐所述主體。根據本發明的，所述腳墊不位於同一平面內。因此，該著陸系統的所有腳墊或端部不位於同一平面內。在該著陸系統的不同實施方式中，本發明還涉及下述特徵，必須單獨地或根據任何技術上可行的組合來考慮這些特徵-當所述著陸腿的數量大於或等於4時，所述著陸腿的腳墊限定了多個可能的與地面接觸的平面，每個平面包括最多三條著陸腿的腳墊，從而在主體的著陸期間能夠同時與地面接觸的著陸腿的數量最多在1到3之間。「主體的著陸」意味著飛行體通過該著陸系統的一個或多條著陸腿以及其附屬的腳墊與地面接觸的階段，著陸系統的腳墊(如果有多個的話)同時與地面接觸，這些腳墊起飛行體的振動吸收器的作用。限定的「與地面接觸的平面」表示在該著陸期間與地面接觸的所述著陸腿的腳墊的不同可能性。僅出於展示的目的，包含三條著陸腿的腳墊的可能平面的數量按如下公式變化Cn3 = n! /3 ！ x(n-3) ！，其中，η是著陸系統的著陸腿的數量。在著陸之後並根據地勢，主體能夠發現其自身處於不穩定位置並移動到穩定位置，在該穩定位置，與地面接觸的著陸腿的數量是不同的。因此，設計每條著陸腿的尺寸以在著陸衝擊期間根據同時與地面接觸的著陸腿的數量最多為三條的假設來對主體進行減速。在所給出的示例性實例中，著陸系統包括六條著陸腿，並改變其中具有對應腳墊的三條腿的相同長度d以及具有對應腳墊的三條腿的相同長度1，其中d > 1，因此，著陸系統的最大阻尼剛度僅計算三條著陸腿，而系統的穩定性是包含六條著陸腿的配置。_接觸平面是傾斜的，傾斜的角度在相對於水平面-20°和+20°之間，優選地在相對於水平面-10°和+10°之間。在這個實例中，「水平面」表示穿過相對於所述主體具有相同傾斜度且具有相同長度的著陸腿/腳墊組件的著陸腿的腳墊的平面，即完全對稱的著陸系統。-包括有著陸腿和其對應的腳墊的組件中的至少一些組件具有不同的長度。換句話說，在所有的腳墊相同的實例中，著陸系統的一些著陸腿的長度是不同的。該長度由每個組件所處的位置所決定。-當所述著陸腿的數量η在4-6之間時，系統包括3個長度為L的組件以及(η_3) 個長度為d的組件，其中L > d。如上所述，這些組件中的每一個組件包括著陸腿及其對應的腳墊。-當所述著陸腿及其對應的腳墊具有相等的長度並且將要與所述主體的下部連接時，至少一些著陸腿的主軸與所述主體的下部形成傾斜角度，該角度在每種情況下不同，從而所述著陸腿的腳墊不位於同一水平面內。-當所述著陸腿將要與所述主體的下部連接時，至少兩個所述著陸腿以及其對應的腳墊的長度相等，但其主軸相對於所述下部具有不同的傾斜角度，從而所述著陸腿的腳墊不位於同一水平面內，並且所述著陸腿中另外的至少兩條著陸腿的主軸相對於所述下部具有相同的傾斜角度，從而這些著陸腿的腳墊位於同一水平面內，而這些著陸腿以及其對應的腳墊的長度不同。

-所述著陸腿中的每一個著陸腿包括阻尼裝置，用於吸收著陸衝擊能量中的至少一部分。因此，對於每條著陸腿，這些阻尼裝置的尺寸設計考慮到了該條著陸腿能夠在著陸期間單獨地與地面接觸並由此吸收著陸衝擊，或者在極端情況下，考慮到了著陸系統的最多三條所述著陸腿將通過其腳墊同時與地表接觸並且所有的三條著陸腿吸收著陸衝擊。舉例來說，這些阻尼裝置是粘彈性的或無彈性的可變形元件，其通過粘彈性的或無彈性的形變吸收大部分能量。本發明還涉及用於運輸至少一種負載的空間交通工具。根據本發明，該空間交通工具安裝有上述的主體著陸系統。本發明還涉及用於運輸至少一種負載的可重複使用的平臺。根據本發明，該平臺安裝有上述的主體著陸系統。可重複使用的平臺可包括附屬裝置以將平臺連接到柔性結合元件(例如線纜) 上，從而平臺可通過連接元件(例如起重機的提升鉤或吊環)被升起和移動。舉例來說，這些附屬裝置(可以為環形)位於平臺的每個角上。平臺可以是平面支撐，例如穿孔的或未穿孔的地板。僅出於展示的目的，該地板是金屬的。此外，本發明還涉及用於運輸至少一種負載的可重複使用的接收器。根據本發明，該接收器安裝有上述的主體著陸系統。該接收器可以是容器。僅出於展示的目的，該容器可包括由航空器運輸和部署的可展開的傘狀物。著陸系統與該容器配合使用，可以保護容器中的負載和容器的完整性。


將結合附圖更詳細地描述本發明，附圖中圖1是現有技術的著陸系統的立體圖，該系統具有對稱配置；圖2是根據本發明的一種優選實施方式的著陸系統的立體圖。
具體實施例方式圖1為現有技術的空間探測器的著陸系統的立體圖。為清楚起見，僅示出了探測器1的下部。該著陸系統包括著陸腿2，著陸腿2通過其一端3與該探測器1的下部相連接。每條著陸腿包括在其另一端的腳墊4。如果這些著陸腿2以及其對應的腳墊4長度一致，則這些著陸腿的腳墊4限定了探測器與地面的單個接觸平面P。著陸腿2和其對應的腳墊的這種配置被稱為對稱式。因此，對於從地面平面度的最近偏差，在空間探測器著陸之後，所有的腳墊4與地面接觸。圖2是根據本發明的一種優選實施方式的著陸系統的立體圖。該著陸系統包括著陸腿5，腳墊6位於著陸腿5的一端。此外，每條著陸腿5包括用於吸收著陸衝擊的阻尼裝置7。該系統的著陸腿5的數量等於5，這些著陸腿5中的兩個著陸腿(包括其對應的腳墊6)具有相等的長度d，而餘下的三條著陸腿5 (包括其對應的腳墊)具有相等的長度L， 而 L > d0這些組件中的每一個組件包括著陸腿5及其附屬的腳墊6，其長度不一，因此限定了若干個可能的與地面的接觸平面，每個平面穿過這些著陸腿5中的至多三條著陸腿的腳墊，從而在空間探測器的著陸期間，能夠通過其腳墊6同時與地面接觸的著陸腿5的數量為 1、2、或3(最多)。利用三個長的著陸腿/附屬的腳墊組件和兩個短的著陸腿/附屬的腳墊組件，出現了下述接觸可能-三個長的著陸腿/附屬的腳墊組件的腳墊接觸地面，兩個短的組件保持縮進狀態。-除一個短的著陸腿/附屬的腳墊組件的腳墊之外，兩個長的著陸腿/附屬的腳墊組件的腳墊接觸地面，餘下的長的著陸腿/附屬的腳墊組件和其他短組件保持縮進狀態， 除了後一種情況，例如通過考慮一個不保持縮進狀態而在這種情況下與地面接觸的短著陸腿/附屬的腳墊組件。因此，通過使著陸腿5和/或其對應的腳墊6的長度的差異適應其數量，可確保最多只有三條著陸腿5起振動吸收器的作用。在吸收衝擊之後，如果這三條著陸腿未必對應於平衡的穩定位置，則組件可移動到包括不同數量的著陸腿的穩定位置，這些著陸腿的腳墊與地面接觸。最終，可以看出，為了使安裝有該著陸系統的空間探測器減速，每條著陸腿5必須利用基於最多三個腳墊(即，最多三條著陸腿)同時接觸的假設來設計尺寸。因此，與現有技術相比，這限制了著陸系統的質量。上述系統被展示為組件，其長度可變，這些組件中的每一個組件包括著陸腿和其對應的腳墊，如果任何由此形成的接觸平面包含最多3個腳墊，其也可以以更常規的方式來獲得，即確保所有的腳墊可相對於飛行體具有傾斜並具有不同長度的著陸腿和對應的腳墊組件。
權利要求
1.一種主體著陸系統，包括著陸腿(5)，每條著陸腿(5)在其一端具有腳墊(6)，腳墊 (6)用於當與地面接觸時抑制所述主體的著陸衝擊並在著陸之後在地面上支撐所述主體， 所述著陸腿的組件與所述主體的下部相連接，其特徵在於，所述腳墊(6)不位於同一平面內。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，當所述著陸腿(5)的數量大於或等於4時， 所述腳墊(6)限定了多個可能的與地面接觸的平面，每個平面包括最多三條著陸腿(5)的腳墊(6)，從而在主體的著陸期間能夠同時與地面接觸的著陸腿(5)的數量在1到3之間。
3.如權利要求2的系統，其特徵在於，接觸平面是傾斜的，傾斜的角度在相對於水平面-20°和+20°之間。
4.如權利要求1-3中任一項的系統，其特徵在於，包括著陸腿(5)及其對應的腳墊(6) 的組件中的至少一些組件具有不同的長度。
5.如權利要求4的系統，其特徵在於，當所述著陸腿(5)的數量η在4-6之間時，系統包括3個長度為L的組件以及(η-3)個長度為d的組件，其中L > d。
6.如權利要求1-3中任一項的系統，其特徵在於，當所述著陸腿(5)及其對應的腳墊 (6)具有相等的長度並且將要與所述主體(1)的下部連接時，至少一些著陸腿(5)的主軸與所述下部形成傾斜角度，該角度在每種情況下不同，從而所述著陸腿(5)的腳墊(6)不位於同一水平面內。
7.如權利要求1-3中任一項的系統，其特徵在於，當所述著陸腿(5)將要與所述主體的下部連接時，至少兩個所述著陸腿以及其對應的腳墊的長度相等，但其主軸相對於所述下部具有不同的傾斜角度，從而所述著陸腿(5)的腳墊(6)不位於同一水平面內，並且所述著陸腿中另外的至少兩條著陸腿的主軸相對於所述下部具有相同的傾斜角度，從而這些著陸腿(5)的腳墊(6)位於同一水平面內，而這些著陸腿以及其對應的腳墊(6)的長度不同。
8.如任一前述權利要求所述的系統，其特徵在於，所述著陸腿(5)中的每一個著陸腿包括阻尼裝置(7)，用於吸收著陸衝擊能量中的至少一部分。
9.一種用於運輸至少一種負載的空間交通工具，其特徵在於，安裝有根據權利要求 1-8中任一項的主體著陸系統。
10.一種用於運輸負載的可重複使用的接收器，其特徵在於，安裝有根據權利要求1-8 中任一項的主體著陸系統。
全文摘要
本發明涉及一種主體著陸系統和用於在承載地面上著陸的具有該系統的空間探測器。該著陸系統包括著陸腿(5)，每條著陸腿(5)在其一端具有腳墊(6)，腳墊(6)用於當與地面接觸時抑制所述主體的著陸衝擊並在著陸之後在地面上支撐所述主體。根據本發明，所述腳墊(6)不位於同一平面內。
文檔編號B64G1/62GK102448825SQ201080023301
公開日2012年5月9日 申請日期2010年5月28日 優先權日2009年6月4日
發明者C·巴朗布瓦, M·金耐斯利, R·A·蓮恩, X·塞伯雷 申請人:阿斯特裡姆有限公司