CN102438906A - 空间探测器的着陆装置以及装有所述装置的探测器着陆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提出一种空间探测器(1)，其包括支撑活动探索飞行器(3)的降落模块，其特征在于，所述降落模块是着陆模块(2)，活动探索飞行器被钩挂在所述着陆模块的内部，着陆模块装备有能在低于活动探索飞行器的高度下方展开的着陆撑脚(4)。

Description

空间探测器的着陆装置以及装有所述装置的探测器着陆方法
技术领域
本发明涉及空间探测器的着陆装置以及装有所述装置的探测器着陆方法。
背景技术
已知多种用于空间探测器在天体上的着陆的装置和方法。
在载有探月车的登月舱执行探月任务时，登月例如借助反推力火箭实现，登月舱可以重新起飞。
在具有大气层的行星上执行任务的情况下，例如使用降落伞使探测器减速，探测器由装有能缓冲地面撞击的气球的支架模块支撑。
可发现，目前实现的探测器整体包括支撑结构和有效荷载(chargeutile)，后者例如是系在支撑结构上的“漫游者”型运行模块。
支撑结构能减轻着陆的冲击，且在着陆后处于有效荷载下。
当有效荷载是一种能移动的模块，例如运行模块，为了使所述载荷可被利用，所述有效荷载应在着陆后从支撑结构上降下。
因此应设有滑道、吊车或其它类型的卸载系统，这些系统增加了整体的质量。
此外，当探测器借助气球或降落伞降落时，有效荷载必须穿过例如绳索或瘪掉的帆布等余留降落系统所处的区域上，而存在有效荷载的轮子与余留物缠结的风险。
在所述情况下，可以设置倾斜的墙面或滑道来覆盖瘪气球所处的区域，尤其可如ESA的ExoMars项目那样设定。
为了解决所述问题，设置NASA的名为“火星科学实验室(MarsScientific Laboratory)”的探测器以使用基于这样的支撑结构的另一种概念，所述支撑结构包括随后能释放运输模块的减速降落伞装置，所述运输模块将在火星地面进行被推进的准静态飞行，直至通过吊车和绳索使运输模块降落至地面为止。
所述静态飞行是在推进剂方面复杂而成本高昂的方案，相反，所述方案能避免模块着陆地点被降落系统的余留物阻塞，且能把模块放置在非常确定的区域。
本发明的目的在于提出一种空间探测器着陆装置，其使用简单且能把例如运行模块的空间探测器送到地面，使其方便地被展开。
发明内容
为此，本发明提出一种空间探测器，其包括支撑活动探索飞行器的降落模块，为此，降落模块是着陆模块，活动探索飞行器被钩挂在所述着陆模块的内部，着陆模块装备有能在低于活动探索飞行器高度的下方展开的着陆撑脚。
本发明还提出一种空间探测器的展开方法，所述空间探测器包括支撑活动探索飞行器的降落和着陆模块，为此，活动探索飞行器被钩挂在降落模块的下方，本方法包括探测器的一系列着陆步骤，其包括：
-由气体推进器的喷嘴推进的降落和着陆模块的制动阶段，
-降落和着陆模块的着陆撑脚的展开阶段，
-具有活动探索飞行器的降落和着陆模块的着陆阶段，
-活动探索飞行器被设置在设于地面的降落和着陆模块的着陆撑脚之间的阶段
附图说明
参考附图，可以在阅读以下对本发明非局限性示例所做的说明后更好地理解本发明的其它特征和优点。
图1是装备透明后罩及其护罩的本发明的探测器的透视图；
图2是不带护罩的图1的探测器的透视图；
图3是图1的探测器的侧视图，降落模块处于导向飞行构型，且其不带后罩和护罩；
图4是图1的探测器的降落模块处于着陆构型；
图5是在着陆之后的图1的探测器以及设置在地面的探索飞行器；
图6是降落和着陆模块的实施示例的透视仰视图。
具体实施方式
在图1上被完整示出的本发明的空间探测器1是一种用来设置行星探索飞行器的探测器，且特别地被应用在火星探测器上。
其包括支撑活动探索飞行器3的降落模块2。
图1所示的探测器装备有热护罩6和后罩7，从而在其进入行星大气层时对其进行保护。
后罩7包括同心凹槽13和14，中央凹槽内安设有由发射筒(mortier)推进的高超音速降落伞而外围凹槽内安设有亚音速主降落伞。
降落模块2包括能支撑和放开下方护罩6的结构，且在图2中，示出护罩被收回的探测器下方部分，示出能把护罩钩挂在降落模块的下方结构上的接头15。
同样，降落模块包括能支撑后罩7的结构，且图3能显示能把后罩7固定在降落模块的所述结构上的下钩挂接点16和上钩挂接点17。
根据本发明，降落模块是着陆模块2，如图2和图3的示例所示的活动探索飞行器被钩挂在该着陆模块的内部。
更特别地，活动探索飞行器被钩挂在着陆模块的下方部分，例如更特别地被示出在图6上的板23下方，从而使活动探索飞行器可以经由模块2的下方从模块2上被释放。
更特别地如图4所示，着陆模块装备有着陆撑脚4，所述撑脚适于在低于活动探索飞行器3的高度下方被展开。
着陆撑脚是伸缩式撑脚，其装备有缓冲装置5，所述缓冲装置5能减缓着陆模块的着陆冲击度。
根据图3，着陆撑脚4根据收缩位置，被安设在设置于着陆模块2外围的管筒12内。
所述撑脚的收缩位置对应于模块的降落和飞行构型。
根据本发明有利的实施方式，着陆模块2以呈围绕活动探索飞行器的框架形状而制成。
所述框架支撑后罩7且给予其硬度，因此可以仅考虑为保护着陆模块和探索飞行器必须承受的热应力而实现后罩。
尤其如图5所示的着陆模块包括具有第一直径的整体呈环形的上框架10，具有大于第一直径的第二直径的整体呈环形的下框架9以及将上框架连接于下框架的外围立柱11。
上框架10和下框架9由T形连接件18连接的杆22制成，所述连接件18也容纳立柱11。
围绕探索飞行器构成外部框架的所述网眼构造非常轻盈和坚硬。此外，一旦后罩和护罩被投下且探索飞行器被安置好，所述钻孔结构能使阳光通过直到达到探索飞行器的太阳能电池板19，从而使其具有操作性且为其发动机供电，以便从着陆模块下方脱离。
为了在最终的下降和着陆阶段引航，着陆模块包括制动喷嘴8。
所述喷嘴由来自容器20的供应回路供应，所述容器20被图5示出的连杆21固定在模块结构上。
在图上，容器并不符合比例，连杆的位置没有被精确地示出。
根据所示的示例，至少某些制动喷嘴被设置在着陆模块的下框架9的外围。根据所示的示例，例如如图6中的示例所示，喷嘴被分布且固定在下框架的杆22上，每个杆容纳两喷嘴，所述喷嘴被设置在靠近杆的端部。
如更高处所示，本发明的下降和着陆模块包括着陆撑脚。为了减少飞行阶段模块的体积，着陆撑脚4可收缩且根据收缩位置被安设在平行设置于某些外围立柱11的管筒12内。
本发明的空间探测器能使探索飞行器简单可靠地被展开，此外还能通过控制着陆模块的降落来选择能顺利放置探索飞行器的着陆地点，且最后还能限制探测器着陆所需碳氢燃料的数量。
空间探测器1的展开方法，所述空间探测器包括支撑活动探索飞行器3的降落和着陆模块2，为此，活动探索飞行器被钩挂在降落模块的下方，其因此包括探测器的一系列着陆顺序，包括：
-通过气体推进器的喷嘴8的推进的降落和着陆模块的制动阶段，其中，可以对模块导航以便从而从500米到1000米的高度开始选择合适的降落地点，模块因此处在图3的构型中。
-降落和着陆模块2的着陆撑脚4在下降结束时的展开阶段，且在着陆之前，使模块进入图4的撑脚被展开的构型。
-具有活动探索飞行器3的降落和着陆模块的着陆阶段，为此，撑脚的缓冲器5承受着陆的冲击力，
-活动探索飞行器3被放置在设于地面的降落和着陆模块2的着陆撑脚4之间的阶段。
根据图6的示例，着陆模块通过接点24被固定在着陆模块的板23的下方，对于最后阶段，或者活动飞行器仅与接点24脱钩且从脚4的高度上降落，或者飞行器从接点脱钩且在其降落过程中通过制动绳索减速。
在着陆顺序之前，探测器的展开方法包括一系列降落顺序，其包括：
-探测器进入行星大气层以及降落和着陆模块被后罩7和护罩6遮盖的阶段，护罩首先被用作为制动装置，随后进入大气层，直到达到约2Mach的速度，探测器处于图1的构型，随后通过高超音速降落伞完成制动，所述降落伞通过发射筒从图1所示的凹槽13被弹出，直到具有小于1Mach的速度为止。
-装备有其后罩7及其护罩6的降落和着陆模块在主降落伞下的至少一个减速阶段，主降落伞在发射筒和高超音速降落伞被空投之后从凹槽14展开，
-护罩6的空投阶段，在主降落伞下护罩6和探测器不同的弹道系数使护罩迅速远离探测器，探测器因此处于图2的构型。
一旦高度恢复至约500米至1000米，本方法包括后罩7和主降落伞的空投阶段，降落和着陆模块2通过喷嘴装置8随后变为导向飞行状态，由此终止其降落并结束减速，正如图3的构型所示。
在结束降落时且着陆之前，降落模块展开其撑脚且最终，一旦降落和着陆模块2被设置在地面，本发明的探测器展开方法规定，通过在降落和着陆模块的着陆撑脚4之间移动，活动探索飞行器3从降落和着陆模块下方脱离。
可以在至少部分打开飞行器的太阳能光板19之后进行所述移动，以便为飞行器的发动机供电。
本发明的探测器通过对构成降落和着陆模块的元件尺寸的设定以及后罩的尺寸设定而对质量进行优化，且降落模块被保持在主降落伞下直到一相对较低的高度，以便限制最后降落阶段所需的碳氢燃料数量。
本发明不仅局限于所描述的示例，而是包括权利要求书所涵盖的所有变型，且尤其是：所示的示例包括四个撑脚，但也可以设计例如5或6个撑脚的其它构型。

Claims (13)

1.一种空间探测器(1)，包括支撑活动探索飞行器(3)的降落模块，其特征在于，所述降落模块是着陆模块(2)，活动探索飞行器被钩挂在所述着陆模块的内部，着陆模块装备有能在低于活动探索飞行器的高度下方展开的着陆撑脚(4)。
2.根据权利要求1所述的空间探测器，其特征在于，所述着陆撑脚是伸缩式撑脚，所述伸缩式撑脚装备有缓冲装置(5)，所述缓冲装置(5)能减缓着陆模块的着陆冲击度。
3.根据权利要求1或2所述的空间探测器，其特征在于，所述着陆模块(2)包括能支撑和松开下方护罩(6)的结构。
4.根据权利要求1、2或3所述的空间探测器，其特征在于，所述着陆模块包括能支撑后罩(7)的结构。
5.根据上述权利要求任一项所述的空间探测器，其特征在于，所述着陆模块(2)呈围绕活动探索飞行器的框架的形状。
6.根据权利要求4和5所述的空间探测器，其特征在于，所述框架支撑后罩(7)。
7.根据上述权利要求任一项所述的空间探测器，其特征在于，所述着陆模块包括制动喷嘴(8)。
8.根据权利要求7所述的空间探测器，其特征在于，至少某些所述制动喷嘴被设置在着陆模块的下方框架(9)的外围。
9.根据上述权利要求任一项所述的空间探测器，其特征在于，着陆模块包括具有第一直径的整体呈环形的上框架(10)，具有大于第一直径的第二直径的整体呈环形的下框架(9)以及把上框架连接于下框架的外围立柱(11)。
10.根据权利要求9所述的空间探测器，其特征在于，着陆撑脚(4)根据缩进位置，被安设在平行设置于某些外围立柱(11)上的管筒(12)内。
11.一种空间探测器(1)的展开方法，所述空间探测器包括支撑活动探索飞行器(3)的降落和着陆模块(2)，活动探索飞行器被钩挂在降落模块的下方，其特征在于，所述方法包括探测器的一系列着陆步骤，其包括：
-由气体推进器的喷嘴(8)推进的降落和着陆模块的制动阶段，
-降落和着陆模块(2)的着陆撑脚(4)的展开阶段，
-具有活动探索飞行器(3)的降落和着陆模块的着陆阶段，
-活动探索飞行器(3)被设置在设于地面的降落和着陆模块(2)的着陆撑脚(4)之间的阶段。
12.根据权利要求11所述的空间探测器(1)的展开方法，其特征在于，在着陆步骤之前包括一系列降落步骤，所述降落步骤包括：
-探测器进入行星大气层的阶段，降落和着陆模块被后罩(7)和护罩(6)遮盖，
-装备有其后罩(7)及其护罩(6)的降落和着陆模块在主降落伞下的至少一个减速阶段，
-护罩(6)的空投阶段，
-后罩(7)和主降落伞的空投阶段，降落和着陆模块(2)通过喷嘴装置(8)随后变为导向飞行状态。
13.根据权利要求10或11所述的空间探测器(1)的展开方法，其特征在于，当降落和着陆模块(2)被设置在地面时，通过在降落和着陆模块的着陆撑脚(4)之间移动探索飞行器，使活动探索飞行器(3)从降落和着陆模块下方脱离。
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