CN100345727C - 一种星球登陆车的着陆方法及着陆用降落设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种星球登陆车的着陆方法，登陆车连接有充气降落伞；登陆车脱离火箭后，充气降落伞充气并打开；登陆车登陆星球表面后，降落伞脱离登陆车。降落伞设有夹层结构，所述夹层充气后膨胀。本发明解决了现有技术登陆过程中登陆车易损害、时间长以及过程繁琐的问题；在充分利用星球大气、借助降落伞及空气比重原理的方式下，缩短了星球登陆车登陆过程的时间，具有原理简单，实现方便的特点，而降落终止后，降落伞不会覆盖登陆车或堵塞登陆车的通路，保证了星球探测的顺利进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种空降物的着陆方法，更具体地说，涉及一种星球登陆车的软着陆方法。
背景技术
近些年来，各个国家的航天技术取得了突破性的进展，2004年初，美国“勇气号”成功登陆火星，其登陆过程为；减速火箭进入火星大气层后点火，此后，依次打开多个分级减速，最后，包裹着“勇气号”的多个气囊开始充气利用逐次打开多个阻尼降落伞逐渐下降，当到达一定高度的情况下，包裹登陆车的多个气囊与降落伞脱离，落向火星表面。
“勇气号”着陆火星表面的具体过程为，登陆车被多个气囊彼此相互邻接的包裹在中间位置。每个气囊成球面凸出，多个成球面凸出的气囊彼此相连构成一个外观为球状的结构。当包裹登陆车的气囊着地时，整个球体包括中间位置的登陆车被反弹到空中，反弹高度最高可达5-6层楼的高度；此后，经过7-8分的弹跳，整个球体停稳在火星表面。此时，开始调整登陆车的姿态，使其车轮朝向地面，最后将排放气囊中气体，打开气囊，使登陆车停稳在矩形的降落平台上。由于气囊打开后，会挡住登陆车在降落平台上两个方向的通路，因此，登陆车只有两个方向可从降落平台下至火星表面。综合上述过程，“勇气号”从进入火星大气层开始需要2-3天的时间才能登陆火星表面。
近期，欧洲航天局的火星探测登陆器在星球的登陆过程中均以失败告终。而我国“神州五号返回舱”是利用一个面积大约1000平方米的降落伞将返回舱降到地面。
总上，目前上述星球探测器登陆星球的方法，存在的问题主要包括以下方面：
首先，登陆车需要多个气囊构成的保护层多次反弹于星球表面，此种方式在反复弹跳中有损害登陆车的可能。
其次，气囊的打开有出现覆盖登陆车或者堵住登陆车通路的可能，进而使登陆过程失败。
最后，现有技术的登陆方式，不但需要包裹登陆车的气囊反复弹跳，而且当整体停稳后还需要调整登陆车的状态、位置，延长了登陆时间，耗费大量的人力物力。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种星球登陆车的着陆方法及该方法中所用的降落设备，解决了现有登陆车在登陆过程中，特别是近期火星登陆过程中存在的登陆车易受到损害、登陆时间长以及登陆过程繁琐等情况而造成登陆失败的问题，特别是登陆车被降落装置覆盖、干扰、堵塞通路的问题。
为了解决上述问题，本发明一种星球登陆车的着陆方法，包括，
步骤S1：登陆车脱离火箭时，登陆车与充气降落伞连接为一个整体，此时充气降落伞为收缩状态；
步骤S2：在登陆车脱离火箭后，充气降落伞充气并打开，登陆车向星球表面降落；
步骤S3：登陆车登陆星球表面稳定后，降落伞脱离登陆车。
本发明方法的改进在于，降落伞的充气方式为，采用气体压缩装置产生气体充气；或采用化学药品的化学反应产生气体充气；降落伞脱离登陆车的方法为，采用爆破螺钉通过发放控制信号控制降落伞的脱离。
本发明星球登陆车着陆方法所应用的降落设备为降落伞结构，降落伞设有夹层，夹层充气后膨胀。
本发明充气降落伞的改进在于，充气气体为氦气；充气降落伞的夹层包括多个互相独立的空间；每个空间构成的气室设置有回止阀；充气降落伞由双层轻质织品制成；双层轻质织品为聚酯或尼龙材料。
通过上述技术方案，本发明一种可充气降落伞结构的降落设备以及利用该设备的星球登陆车的着陆方法，解决了现有技术登陆过程中登陆车易损害、时间长以及过程繁琐的问题；在充分利用星球大气、借助降落伞及空气比重原理的方式下，缩短了星球登陆车登陆过程的时间，具有原理简单，实现方便的特点；而且，充气降落伞在登陆车着陆后会自动脱离登陆车，不会存在覆盖登陆车或堵塞登陆车通路的问题，具有登陆稳定安全的特点，保证了星球探测的顺利进行。
附图说明
图1是本发明星球登陆车与降落设备的使用状态示意图。
具体实施方式
如图1星球登陆车与降落设备的使用状态示意图，图中登陆车包括机械手2、摄像头3、轮子4、车体5、接收天线6以及太阳能电池板7。如图所示，登陆车的上部连接降落伞1。降落伞1设有夹层结构，夹层充气后膨胀，所充气体为比重较轻的气体，最佳采用氦气，也可采用氢气等气体。图中，降落伞处于展开状态。
图1中该星球登陆车着陆方法，其首要条件为，该星球必须有大气存在如火星，也适用于地球的情况。着陆的前期过程与美国“勇气号”的前期准备相同，不同之处是在降落伞开始释放以及其后的过程，本发明着陆的具体过程为，首先，当飞行器携带连接有充气降落伞的登陆车进入大气层后，通过多次减速，在一定高度，通常类似于地球的平流层位置，登陆车脱离飞行器，向星球表面降落；登陆车脱离火箭时，登陆车与充气降落伞1连接为一个整体，此时充气降落伞1为收缩状态。登陆车脱离火箭后，经过逐次打开多个降落伞以及其他减速方式之后，在指定高度降落伞充气并打开；此后，登陆车登陆星球表面，调整姿态，此时，充气降落伞浮在空中，不会覆盖登陆车。当登陆车稳定后，通过控制指令控制分离器分离，充气降落伞脱离登陆车。
本发明降落伞的材料可采用“勇气号”中气囊的材料——“双层轻质织品”，包括带有涂层的聚酯和尼龙材料。而降落伞的夹层设计有多个独立空间，即多室结构，多室结构可以防止降落伞局部的损坏影响整体效果，同时，降落伞的每个气室都设置有单向充气装置，可以防止气体泄漏。
试验中，采用由10个对称的汽室组成的降落伞(一般设置10-15个汽室)降落伞整体结构为圆形每一个充气室首尾相连相当于雨伞形状。降落伞的中心设置一个由复合型材料制造的圆形容器与各个紧密相连形成一个整体，中心容器的作用产生充气气体。整体形状如花瓣和小花心的结构。
降落伞的充气方式，其气体的产生是利用化学药品反应或者利用类似于汽车在撞车时为了防护而产生气囊的气体压缩装置等方法。火星上气体成分主要为二氧化碳气体，此时，只要采用较二氧化碳比重小的气体用于充气即可。一般来说，降落伞充气的气体为低密度的氦气等气体，可以通过压缩、化学反应得到，或者采用物理方法将气体液化或固化实现；或者直接利用火星上的气体，通过气泵实现从大气层中吸气向降落伞中充气等；也可以采用如“勇气号”中气囊的充气方法。当利用气体压缩方式充气时，首先，预先准备好装有低密度气体(如氦气)的高压充气容器；此后，通过控制系统打开气体阀门将气体充到气室中，每一个气室的单向阀门可防止气体回流，以达到各个密闭气室的独立性；单向阀采用橡胶式或球式阀门实现。充气容器采用复合材料制成，具有强度高、质量轻、气密性好的特点。为了保证结构的紧凑和可靠性，我们将充气容器和降落伞制成一体，充气容器设置于多个气室围绕的中心部位。当采用化学反应方式充气时，在降落伞中心的容器中放置互相隔离的化学药品，只要在降落伞展开时控制药品的混合产生低密度气体用于充气即可。
当小车平稳着陆后，因为降落伞中已经充满了低密度气体可以将降落伞浮起，下面只要解锁就可以完成降落伞与小车的分离，降落伞脱离登陆车的分离器可采用爆炸螺钉通过发放控制信号控制降落伞的脱离，控制信号的方法，可以通过登陆车底部设置的传感器和延时程序实现，当登陆车着陆后，传感器通过接触判断着陆安全状态，同时采用延时确保平稳着陆，此时，降落伞应连接在小车保护层上，并处于小车的正上端。以保证小车的姿态正确；之后，发出登陆信号控制使爆炸螺栓解开，实现脱离控制。分离器也可采用其他的机械解锁方式的，如将降落伞固定在简单的机械手上当着陆后可以通过远程控制或通过传感器来解锁。人工远程控制方式为，当登陆车停稳后，通过摄像装置，操作人员判断其稳定后，发放分离信号。具体分离方式还可以采用“勇气号”登陆车与气囊构成的球体与降落伞分离时采用的方式。
综合上述着陆全过程，本发明通过利用充气降落伞可以方便的完成登陆车的着陆调整，降落伞的解锁，以及车伞的分离操作。
本发明在地球上的应用，其具体数据为，当火箭将登陆车推进预定的轨道后首先由反退火箭将其减速，进入大气层然后继续减速。当距离地球表面还有700米至4000米高度，更小的范围在700米到3000米的高度；速度大约为50米/秒至1000米/秒的情况下，更小的速度范围在50米/秒到200米/秒的情况下，打开夹层降落伞。登陆车着陆速度大约在2米/秒。而上述数据，如速度和高度根据预探测星球的具体情况，如气体密度和性质等决定。
在示意性的实验中，采用本发明的方法可达到预期效果。将一小型车与连接的降落伞一同从高楼抛下，当小车平稳落地后，通过遥控器遥控爆破螺栓成功解锁，降落伞飘走。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种星球登陆车的着陆方法，其特征在于，
步骤S1：所述登陆车脱离火箭时，所述登陆车与充气降落伞(1)连接为一个整体，此时充气降落伞(1)为收缩状态；
步骤S2：在所述登陆车脱离火箭后，所述充气降落伞(1)充气并打开，所述登陆车向星球表面降落；
步骤S3：所述登陆车登陆星球表面后，通过发送登陆控制信号控制所述降落伞(1)脱离所述登陆车。
2、根据权利要求1所述星球登陆车的着陆方法，其特征在于，所述降落伞的充气方式为，采用气体压缩装置释放气体通过单向充气装置为所述降落伞充气。
3、根据权利要求1所述星球登陆车的着陆方法，其特征在于，所述降落伞的充气方式为，采用化学药品的化学反应产生气体通过单向充气装置为所述降落伞充气。
4、根据权利要求1或2或3所述星球登陆车的着陆方法，其特征在于，所述降落伞脱离登陆车的方法为，采用分离器通过发放控制信号控制降落伞的脱离。
5、一种星球登陆车着陆方法所应用的降落设备，其特征在于，所述降落设备为降落伞结构，所述降落伞设有充气后膨胀的夹层，所述降落伞直接与所述登陆车连接。
6、根据权利要求5所述降落设备，其特征在于，所述充气气体为氦气。
7、根据权利要求5所述降落设备，其特征在于，所述充气降落伞的夹层包括多个互相独立的空间；所述空间构成的气室设置有单向充气装置。
8、根据权利要求7所述降落设备，其特征在于，所述单向充气装置为橡胶单向阀或球式阀门。
9、根据权利要求5或6或7或8所述降落设备，其特征在于，所述充气降落伞由双层轻质织品制成；所述双层轻质织为聚酯材料或尼龙材料。
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