CN102448825A

CN102448825A - 主体着陆系统以及具有该系统的空间探测器

Info

Publication number: CN102448825A
Application number: CN2010800233016A
Authority: CN
Inventors: C·巴朗布瓦; M·金耐斯利; R·A·莲恩; X·塞伯雷
Original assignee: ASTRIM AG
Current assignee: ASTRIM AG; Airbus Defence and Space SAS
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: FR2946323B1; FR2946323A1; US9290279B2; US20120153077A1; EP2437981A1; EP2437981B1; JP5947208B2; CN102448825B; JP2012528757A; WO2010139617A1

Abstract

本发明涉及一种主体着陆系统和用于在承载地面上着陆的具有该系统的空间探测器。该着陆系统包括着陆腿(5)，每条着陆腿(5)在其一端具有脚垫(6)，脚垫(6)用于当与地面接触时抑制所述主体的着陆冲击并在着陆之后在地面上支撑所述主体。根据本发明，所述脚垫(6)不位于同一平面内。

Description

主体着陆系统以及具有该系统的空间探测器

技术领域

本发明涉及支撑地面上的主体的着陆系统。本发明还涉及具有该着陆系统以登陆天体进行探测的空间交通工具，例如空间探测器。

背景技术

用于空间探测器的着陆设备是已知的，其包括对称设置的多条着陆腿，每条着陆腿在其末端具有脚垫。这些设备用于在探测器与地面接触时适当地吸收空间探测器的余速，从而确保探测器的完好。

然而，对于空间探测器的着陆地点的情况，我们通常不清楚，或知之甚少。事实上，即使在具有现有读数(例如探测器所要着陆的天体的图像)的情况下，这些读数通常是远距离获取的，使得不能对着陆地点的表面的起伏情况进行详尽的评估。此外，由于力学环境条件(振动、冲击等)，并且可能由于探测器在其朝着天体地表下落期间可能遇到的严格环境限制(保护壳的温度)，空间探测器的着陆姿态不可能是精确的。

因此，在设计着陆腿的尺寸时，考虑到了空间探测器的两种极端着陆情况。

首先，空间探测器的着陆可能按照单条着陆腿的方向发生。

因此，探测器的每条着陆腿的尺寸被设计成能够单独地承受探测器和天体地表之间的初始接触冲击。由此，每条着陆腿的尺寸设计使得其能够单独地吸收着陆的全部冲击能量。

相反地，空间探测器的所有着陆腿可在着陆期间并行地运行。这些着陆腿以及其附属的脚垫的长度相同，从而这些着陆腿同时与地表接触。

因此，着陆腿的尺寸设计必须考虑到空间探测器在着陆时经受的峰值减速限制。

除了由于空间探测器运输的负载之外，还由于着陆太快的原因，需要一直考虑到防止空间探测器的结构损坏，因此这种峰值减速限制是必要的。

最后，通过增加支撑探测器的着陆腿的数量来提升空间探测器在天体地表上的稳定性。因此，空间探测器具有大量的着陆腿。

然而，难于找到一种介于以下两者之间的折衷方案：在单独吸收着陆冲击时每条着陆腿必须具有的初始高阻尼容量和在所有着陆腿同时与地面接触时所有着陆腿需要的低级别总体刚度。

用于多接触着陆的着陆腿的尺寸标准也导致着陆设备的质量以n^3/2的幅度增加，其中，n是着陆设备的着陆腿的数量。

因此，空间探测器的稳定性的提升与降低这些探测器的质量这两种情况不能并存。

因此，提供一种能够实现空间探测器在天体地表上的高稳定性同时最小化系统质量的增加(与着陆腿的数量的增加相关联)的着陆系统，是令人关注的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种主体着陆系统，其设计和运行模式简单、可靠、并确保在地表上对该主体的稳定支撑，而不增加可由该主体运输的负载的限制。

本发明还涉及空间交通工具，例如具有这种着陆系统的用于探测的空间探测器，其着陆的天体具有承载表面，该承载表面可以是固态的。

出于该目的，本发明涉及主体着陆系统，包括着陆腿，每条着陆腿在其一端具有脚垫，脚垫用于当与地面接触时抑制所述主体的着陆冲击并在着陆之后在地面上支撑所述主体。

根据本发明的，所述脚垫不位于同一平面内。

因此，该着陆系统的所有脚垫或端部不位于同一平面内。

在该着陆系统的不同实施方式中，本发明还涉及下述特征，必须单独地或根据任何技术上可行的组合来考虑这些特征：

-当所述着陆腿的数量大于或等于4时，所述着陆腿的脚垫限定了多个可能的与地面接触的平面，每个平面包括最多三条着陆腿的脚垫，从而在主体的着陆期间能够同时与地面接触的着陆腿的数量最多在1到3之间。

“主体的着陆”意味着飞行体通过该着陆系统的一个或多条着陆腿以及其附属的脚垫与地面接触的阶段，着陆系统的脚垫(如果有多个的话)同时与地面接触，这些脚垫起飞行体的振动吸收器的作用。

限定的“与地面接触的平面”表示在该着陆期间与地面接触的所述着陆腿的脚垫的不同可能性。仅出于展示的目的，包含三条着陆腿的脚垫的可能平面的数量按如下公式变化：C_n3＝n！/3！x(n-3)！，其中，n是着陆系统的着陆腿的数量。

在着陆之后并根据地势，主体能够发现其自身处于不稳定位置并移动到稳定位置，在该稳定位置，与地面接触的着陆腿的数量是不同的。

因此，设计每条着陆腿的尺寸以在着陆冲击期间根据同时与地面接触的着陆腿的数量最多为三条的假设来对主体进行减速。

在所给出的示例性实例中，着陆系统包括六条着陆腿，并改变其中具有对应脚垫的三条腿的相同长度d以及具有对应脚垫的三条腿的相同长度l，其中d＞l，因此，着陆系统的最大阻尼刚度仅计算三条着陆腿，而系统的稳定性是包含六条着陆腿的配置。

-接触平面是倾斜的，倾斜的角度在相对于水平面-20°和+20°之间，优选地在相对于水平面-10°和+10°之间。在这个实例中，“水平面”表示穿过相对于所述主体具有相同倾斜度且具有相同长度的着陆腿/脚垫组件的着陆腿的脚垫的平面，即完全对称的着陆系统。

-包括有着陆腿和其对应的脚垫的组件中的至少一些组件具有不同的长度。换句话说，在所有的脚垫相同的实例中，着陆系统的一些着陆腿的长度是不同的。该长度由每个组件所处的位置所决定。

-当所述着陆腿的数量n在4-6之间时，系统包括3个长度为L的组件以及(n-3)个长度为d的组件，其中L＞d。如上所述，这些组件中的每一个组件包括着陆腿及其对应的脚垫。

-当所述着陆腿及其对应的脚垫具有相等的长度并且将要与所述主体的下部连接时，至少一些着陆腿的主轴与所述主体的下部形成倾斜角度，该角度在每种情况下不同，从而所述着陆腿的脚垫不位于同一水平面内。

-当所述着陆腿将要与所述主体的下部连接时，至少两个所述着陆腿以及其对应的脚垫的长度相等，但其主轴相对于所述下部具有不同的倾斜角度，从而所述着陆腿的脚垫不位于同一水平面内，并且所述着陆腿中另外的至少两条着陆腿的主轴相对于所述下部具有相同的倾斜角度，从而这些着陆腿的脚垫位于同一水平面内，而这些着陆腿以及其对应的脚垫的长度不同。

-所述着陆腿中的每一个着陆腿包括阻尼装置，用于吸收着陆冲击能量中的至少一部分。

因此，对于每条着陆腿，这些阻尼装置的尺寸设计考虑到了该条着陆腿能够在着陆期间单独地与地面接触并由此吸收着陆冲击，或者在极端情况下，考虑到了着陆系统的最多三条所述着陆腿将通过其脚垫同时与地表接触并且所有的三条着陆腿吸收着陆冲击。

举例来说，这些阻尼装置是粘弹性的或无弹性的可变形元件，其通过粘弹性的或无弹性的形变吸收大部分能量。

本发明还涉及用于运输至少一种负载的空间交通工具。

根据本发明，该空间交通工具安装有上述的主体着陆系统。

本发明还涉及用于运输至少一种负载的可重复使用的平台。

根据本发明，该平台安装有上述的主体着陆系统。

可重复使用的平台可包括附属装置以将平台连接到柔性结合元件(例如线缆)上，从而平台可通过连接元件(例如起重机的提升钩或吊环)被升起和移动。举例来说，这些附属装置(可以为环形)位于平台的每个角上。

平台可以是平面支撑，例如穿孔的或未穿孔的地板。仅出于展示的目的，该地板是金属的。

此外，本发明还涉及用于运输至少一种负载的可重复使用的接收器。

根据本发明，该接收器安装有上述的主体着陆系统。

该接收器可以是容器。仅出于展示的目的，该容器可包括由航空器运输和部署的可展开的伞状物。着陆系统与该容器配合使用，可以保护容器中的负载和容器的完整性。

附图说明

将结合附图更详细地描述本发明，附图中：

图1是现有技术的着陆系统的立体图，该系统具有对称配置；

图2是根据本发明的一种优选实施方式的着陆系统的立体图。

具体实施方式

图1为现有技术的空间探测器的着陆系统的立体图。为清楚起见，仅示出了探测器1的下部。该着陆系统包括着陆腿2，着陆腿2通过其一端3与该探测器1的下部相连接。每条着陆腿包括在其另一端的脚垫4。

如果这些着陆腿2以及其对应的脚垫4长度一致，则这些着陆腿的脚垫4限定了探测器与地面的单个接触平面P。着陆腿2和其对应的脚垫的这种配置被称为对称式。

因此，对于从地面平面度的最近偏差，在空间探测器着陆之后，所有的脚垫4与地面接触。

图2是根据本发明的一种优选实施方式的着陆系统的立体图。该着陆系统包括着陆腿5，脚垫6位于着陆腿5的一端。此外，每条着陆腿5包括用于吸收着陆冲击的阻尼装置7。

该系统的着陆腿5的数量等于5，这些着陆腿5中的两个着陆腿(包括其对应的脚垫6)具有相等的长度d，而余下的三条着陆腿5(包括其对应的脚垫)具有相等的长度L，而L＞d。

这些组件中的每一个组件包括着陆腿5及其附属的脚垫6，其长度不一，因此限定了若干个可能的与地面的接触平面，每个平面穿过这些着陆腿5中的至多三条着陆腿的脚垫，从而在空间探测器的着陆期间，能够通过其脚垫6同时与地面接触的着陆腿5的数量为1、2、或3(最多)。

利用三个长的着陆腿/附属的脚垫组件和两个短的着陆腿/附属的脚垫组件，出现了下述接触可能：

-三个长的着陆腿/附属的脚垫组件的脚垫接触地面，两个短的组件保持缩进状态。

-除一个短的着陆腿/附属的脚垫组件的脚垫之外，两个长的着陆腿/附属的脚垫组件的脚垫接触地面，余下的长的着陆腿/附属的脚垫组件和其他短组件保持缩进状态，除了后一种情况，例如通过考虑一个不保持缩进状态而在这种情况下与地面接触的短着陆腿/附属的脚垫组件。

因此，通过使着陆腿5和/或其对应的脚垫6的长度的差异适应其数量，可确保最多只有三条着陆腿5起振动吸收器的作用。

在吸收冲击之后，如果这三条着陆腿未必对应于平衡的稳定位置，则组件可移动到包括不同数量的着陆腿的稳定位置，这些着陆腿的脚垫与地面接触。

最终，可以看出，为了使安装有该着陆系统的空间探测器减速，每条着陆腿5必须利用基于最多三个脚垫(即，最多三条着陆腿)同时接触的假设来设计尺寸。因此，与现有技术相比，这限制了着陆系统的质量。

上述系统被展示为组件，其长度可变，这些组件中的每一个组件包括着陆腿和其对应的脚垫，如果任何由此形成的接触平面包含最多3个脚垫，其也可以以更常规的方式来获得，即确保所有的脚垫可相对于飞行体具有倾斜并具有不同长度的着陆腿和对应的脚垫组件。

Claims

1.一种主体着陆系统，包括着陆腿(5)，每条着陆腿(5)在其一端具有脚垫(6)，脚垫(6)用于当与地面接触时抑制所述主体的着陆冲击并在着陆之后在地面上支撑所述主体，所述着陆腿的组件与所述主体的下部相连接，其特征在于，所述脚垫(6)不位于同一平面内。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述着陆腿(5)的数量大于或等于4时，所述脚垫(6)限定了多个可能的与地面接触的平面，每个平面包括最多三条着陆腿(5)的脚垫(6)，从而在主体的着陆期间能够同时与地面接触的着陆腿(5)的数量在1到3之间。

3.如权利要求2的系统，其特征在于，接触平面是倾斜的，倾斜的角度在相对于水平面-20°和+20°之间。

4.如权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，包括着陆腿(5)及其对应的脚垫(6)的组件中的至少一些组件具有不同的长度。

5.如权利要求4的系统，其特征在于，当所述着陆腿(5)的数量n在4-6之间时，系统包括3个长度为L的组件以及(n-3)个长度为d的组件，其中L＞d。

6.如权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，当所述着陆腿(5)及其对应的脚垫(6)具有相等的长度并且将要与所述主体(1)的下部连接时，至少一些着陆腿(5)的主轴与所述下部形成倾斜角度，该角度在每种情况下不同，从而所述着陆腿(5)的脚垫(6)不位于同一水平面内。

7.如权利要求1-3中任一项的系统，其特征在于，当所述着陆腿(5)将要与所述主体的下部连接时，至少两个所述着陆腿以及其对应的脚垫的长度相等，但其主轴相对于所述下部具有不同的倾斜角度，从而所述着陆腿(5)的脚垫(6)不位于同一水平面内，并且所述着陆腿中另外的至少两条着陆腿的主轴相对于所述下部具有相同的倾斜角度，从而这些着陆腿(5)的脚垫(6)位于同一水平面内，而这些着陆腿以及其对应的脚垫(6)的长度不同。

8.如任一前述权利要求所述的系统，其特征在于，所述着陆腿(5)中的每一个着陆腿包括阻尼装置(7)，用于吸收着陆冲击能量中的至少一部分。

9.一种用于运输至少一种负载的空间交通工具，其特征在于，安装有根据权利要求1-8中任一项的主体着陆系统。

10.一种用于运输负载的可重复使用的接收器，其特征在于，安装有根据权利要求1-8中任一项的主体着陆系统。