CN103407583B - 一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置 - Google Patents

Abstract

一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，由发射底座、支撑腿上下段、反推装置和支撑脚组成；发射底座是一平台，发射底座上表面安装月球着陆器上升级；支撑腿下段是T形圆柱并与支撑腿上段套接，支撑腿上段与发射底座下表面相连接，反推装置安装在支撑腿下段的外侧，支撑脚通过球铰与支撑腿下段的相连接；反推装置为四个小型固体火箭发动机，分别安装在四条支撑腿下段的外侧；支撑脚为圆盘状，与支撑腿下段通过球铰相连接；本发明采用反推装置，利用反推装置产生推力，将发射底座紧压在月面上，克服了月球着陆器在恶劣的情况下，其上升级点火起飞时发射底座不稳定的缺点，保证了月球着陆器上升级点火起飞时的稳定性。

Description

一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置

技术领域

本发明涉及一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，可以在着陆点月面坡度大、月面崎岖不平甚至出现一条着陆腿悬空等恶劣着陆状态下，保证月球着陆器上升级点火起飞时发射底座的稳定性，属于航空航天技术领域。

背景技术

我国开展月球探测是继人造卫星和载人航天之后航天事业的第三个里程碑，月球探测具有极高的科技产出率，是科技的孵化器并将带动基础科学的创新和发展。月球资源具有大的战略价值，是人类社会长期可持续发展的重要支撑；月球是深空探测的前哨站和转运站，对人类探索宇宙、进行深空探测的重要基础。

我国的无人月球探测分为“绕、落、回”三个阶段，其中在第三阶段——月球软着陆和采样返回中的一个重要问题是如何保证月球着陆器上升级点火起飞的稳定性。

月球着陆器上升级点火起飞的稳定性问题产生的原因有以下几点。首先，月球着陆器不载人，由于没有环控生保设备而大大降低质量，使其质量过轻从而造成着陆状态的稳定性较差；其次，许多本应由航天员承担的细节任务无法完成，如无法选择良好的着陆点，使月球着陆器的着陆点不理想，很可能出现着陆点月面不平如坡度大于15°，或月面崎岖不平甚至出现一条着陆腿悬空的状态。在这些状态下，即使月球着陆器能够在月面上成功着陆，但在月球着陆器上升级点火起飞时，受到上升级发动机羽流的复杂动力学作用下，很可能会发生倾覆等意外事故。因此，就需要一种装置来保证月球着陆器上升级点火起飞时发射底座的稳定性。

发明内容

1、目的：本发明的目的是为了提供一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，它可以在月球着陆器着陆状态恶劣的情况下，保证月球着陆器上升级点火起飞时发射底座的稳定性。

2、技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

本发明一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，它是由发射底座、支撑腿上段、支撑腿下段、反推装置和支撑脚组成；它们之间的位置连接关系是：支撑腿上段与发射底座下表面相连接，支撑腿下段与支撑腿上段套接，反推装置安装在支撑腿下段的外侧，支撑脚通过球铰与支撑腿下段的下端相连接。

所述发射底座是一个平台，发射底座上表面安装着月球着陆器上升级，发射底座下表面与支撑腿上段相连接。在支撑腿上段和支撑腿下段的支撑下，发射底座基本保持水平，为月球着陆器上升级提供一个良好的发射条件；

所述支撑腿上段由腔体、蜂窝缓冲材料和开口端盖组成。腔体为一端封闭一端开口的空心圆柱，蜂窝缓冲材料填充在腔体内部，开口端盖是现有成熟产品，安装在腔体的开口端。腔体的封闭端与发射底座下部相连接，通过连接机构，可以与发射底座形成一定的角度，保证发射底座的水平和稳定。月球着陆器着陆时，蜂窝缓冲材料会被压缩，吸收能量，起到缓冲作用。支撑腿上段的数量为四个，在以发射底座中心为圆心的圆周上均匀阵列；支撑腿上段和支撑腿下段构成支撑腿；

所述支撑腿下段是T形实心圆柱，与支撑腿上段套接在一起，并和开口端盖相配合防止脱落。月球着陆器着陆时，支撑腿下段沿支撑腿上段的腔体内壁向上运动，挤压支撑腿上段内部的蜂窝缓冲材料。支撑腿下段采用实心结构，具有较高的强度和刚度，反推装置安装在支撑腿下段，可以保证反推装置的位置和指向精度；

所述反推装置为小型固体火箭发动机，该小型固体火箭发动机选用现有的型号。该装置数量为四个，分别安装在四条支撑腿下段的外侧。通过连接装置使反推装置喷管向上，垂直于发射底座。反推装置工作时，推进剂向上喷出，产生向下的推力，将相应的支撑腿紧压在月面上，避免发射底座的晃动，保证发射底座的稳定性，使月球着陆器上升级可以稳定发射。

所述支撑脚为圆盘状，与支撑腿下段的下端通过球铰相连接。支撑脚通过球铰可以转动，初始时支撑脚处于收起状态，以减小体积，节省空间。月球着陆器着陆时，支撑脚展开，与月面接触，可以增加月球着陆器与月面的接触面积，提高月球着陆器的着陆稳定性。支撑脚上安装有力传感器，可以测出每个支撑脚的受力大小，并把受力信息转送到控制系统。

3、优点及功效：本发明一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，其主要优点是：

采用反推装置，利用反推装置产生垂直于发射底座向下的推力，将发射底座紧压在月面上，克服了月球着陆器在着陆状态恶劣的情况下，月球着陆器上升级点火起飞时发射底座不稳定的缺点，保证了月球着陆器上升级点火起飞时发射底座的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（主视图）

图2为本发明的结构示意图（立体图）

图3为支撑腿上段和支撑腿下段的局部剖面图

图中具体标号说明如下：

1——发射底座2——支撑腿上段

3——支撑腿下段4——反推装置

5——支撑脚6——腔体

7——蜂窝缓冲装置8——开口端盖

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

见图1和图2，本发明一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，它是由发射底座1、支撑腿上段2、支撑腿下段3、反推装置4、支撑脚5组成，它们之间的位置连接关系是：支撑腿上段2与发射底座1的下部相连接，支撑腿下段3与支撑腿上段2套接，反推装置4安装在支撑腿下段3的外侧，支撑脚5通过球铰与支撑腿下段3的下端相连接。

所述发射底座1是一个平台，发射底座1上表面安装着月球着陆器上升级（图中未示），发射底座1下表面与支撑腿上段2相连接。在支撑腿上段2和支撑腿下段3的支撑下，发射底座1基本保持水平，为月球着陆器完成探测任务和月球着陆器上升级的发射提供良好的条件；

所述支撑腿上段2由腔体6、蜂窝缓冲材料7（如铝蜂窝缓冲材料）和开口端盖8组成，如图3所示。腔体6为一端封闭一端开口的空心圆柱，蜂窝缓冲材料7（如铝蜂窝缓冲材料）填充在腔体6内部，开口端盖8是现有成熟产品，安装在腔体6的开口端。腔体6的封闭端与发射底座1下部相连接，通过连接机构，可以与发射底座1形成一定的角度，保证发射底座1的水平和稳定。月球着陆器着陆时，蜂窝缓冲材料7（如铝蜂窝缓冲材料）会被压缩，吸收能量，起到缓冲作用。支撑腿上段2的数量为四个，在以发射底座1中心为圆心的圆周上均匀阵列；支撑腿上段2和支撑腿下段3构成支撑腿；

所述支撑腿下段3是T形实心圆柱，与支撑腿上段2套接在一起，并和开口端盖8相配合防止脱落，如图3所示。月球着陆器着陆时，支撑腿下段3沿支撑腿上段2的腔体6内壁向上运动，挤压支撑腿上段2内部的蜂窝缓冲材料7（如铝蜂窝缓冲材料）。支撑腿下段3采用实心结构，具有较高的强度和刚度，反推装置4安装在支撑腿下段3，可以保证反推装置4的位置和指向精度；

所述反推装置4为小型固体火箭发动机，该小型固体火箭发动机选用现有的型号。本发明的原理是，在月球着陆器上面级点火起飞时，通过反推装置4对受力相对较大的三条支撑腿产生垂直于发射底座1向下的推力，将三条支撑腿紧压在月面上，保证发射底座1的稳定性。因为事先不知道着陆后四条支撑腿中哪三条受力较大，所以需要反推装置4的数量为四个，分别安装在四条支撑腿下段3的外侧。通过连接装置使反推装置4喷管向上，垂直于发射底座1。反推装置4工作时，推进剂向上喷出，产生向下的推力，将相应的支撑腿紧压在月面上，避免发射底座1的晃动，保证发射底座1的稳定性，使月球着陆器上升级可以稳定发射。月球着陆器上升级从点火到与发射底座1完全脱离的时间为1秒，为保证月球着陆器上升级发射的稳定性，在月球着陆器上升级与发射底座1完全脱离前，反推装置4都需要工作，所以反推装置4要工作2秒，即月球着陆器上升级点火前1秒反推装置4开始工作，月球着陆器上升级与发射底座1完全脱离后反推装置4停止工作；

所述支撑脚5为圆盘状，与支撑腿下段3的下端通过球铰相连接。支撑脚5通过球铰可以转动，初始时支撑脚5处于收起状态，以减小体积，节省空间。月球着陆器着陆时，支撑脚5展开，与月面接触，可以增加月球着陆器与月面的接触面积，提高月球着陆器的着陆稳定性。支撑脚5上安装有力传感器，可以测出每个支撑脚5的受力大小即每条支撑腿的受力大小，并把受力信息转送到控制系统；

本发明的工作过程如下：

月球着陆器着陆后，最有可能出现两种恶劣的着陆状态：一是着陆点月面不水平，坡度大于15°；二是月面崎岖不平甚至出现一条着陆腿悬空的状态。

在第一种恶劣着陆状态下，月球着陆器着陆点的月面不水平，坡度大于15°。在这种状态下，通过支撑脚5中的力传感器，测出每个支撑脚5的受力大小即每条支撑腿的受力大小，并把受力信息转送到控制系统；控制系统根据得到的受力信息，得出四条支撑腿全部受力，发出指令使四个反推装置4做好工作准备。在月球着陆器上升级点火前1秒，三条支撑腿上的反推装置4开始工作，产生垂直于发射底座1向下的推力，将相应的支撑腿紧压在月面上，避免发射底座1的晃动，保证发射底座1的稳定性，使月球着陆器上升级可以稳定发射。在反推装置4点火1秒后，月球着陆器上升级的发动机点火，经过1秒后月球着陆器上升级与发射底座1完全脱离，反推装置4停止工作。

在第二种恶劣着陆状态下，月球着陆器着陆后，月面崎岖不平甚至出现一条着陆腿悬空的状态。在这种状态下，通过支撑脚5中的力传感器，测出每个支撑脚5的受力大小即每条支撑腿的受力大小，并把受力信息转送到控制系统；控制系统根据得到的受力信息，判断出其中受力的三条支撑腿，并使相应支撑腿下段3上的反推装置4做好工作准备。在月球着陆器上升级点火前1秒，三条支撑腿上的反推装置4开始工作，产生垂直于发射底座1向下的推力，将相应的支撑腿紧压在月面上，避免发射底座1的晃动，保证发射底座1的稳定性，使月球着陆器上升级可以稳定发射。在反推装置4点火1秒后，月球着陆器上升级的发动机点火，经过1秒后月球着陆器上升级与发射底座1完全脱离，反推装置4停止工作。

Claims (1)

1.一种适合复杂工况的无人月面上升发射底座稳定装置，其特征在于：它是由发射底座、支撑腿上段、支撑腿下段、反推装置和支撑脚组成；它们之间的位置连接关系是：支撑腿上段与发射底座下表面相连接，支撑腿下段与支撑腿上段套接，反推装置安装在支撑腿下段的外侧，支撑脚通过球铰与支撑腿下段的下端相连接；

所述发射底座是一个平台，发射底座上表面安装着月球着陆器上升级，发射底座下表面与支撑腿上段相连接，在支撑腿上段和支撑腿下段的支撑下，发射底座保持水平，为月球着陆器上升级提供一个良好的发射条件；

所述支撑腿上段由腔体、蜂窝缓冲材料和开口端盖组成；腔体为一端封闭一端开口的空心圆柱，蜂窝缓冲材料填充在腔体内部，开口端盖是现有成熟产品，安装在腔体的开口端；腔体的封闭端与发射底座下部相连接，通过连接机构，与发射底座形成一定的角度，保证发射底座的水平和稳定；月球着陆器着陆时，蜂窝缓冲材料会被压缩，吸收能量，起到缓冲作用；支撑腿上段的数量为四个，在以发射底座中心为圆心的圆周上均匀阵列；支撑腿上段和支撑腿下段构成支撑腿；

所述支撑腿下段是T形实心圆柱，与支撑腿上段套接在一起，并和开口端盖相配合防止脱落；月球着陆器着陆时，支撑腿下段沿支撑腿上段的腔体内壁向上运动，挤压支撑腿上段内部的蜂窝缓冲材料；支撑腿下段采用实心结构，具有较高的强度和刚度，反推装置安装在支撑腿下段，以保证反推装置的位置和指向精度；

所述反推装置为小型固体火箭发动机，该小型固体火箭发动机为常规用品，数量为四个，分别安装在四条支撑腿下段的外侧，通过连接装置使反推装置喷管向上，垂直于发射底座；反推装置工作时，推进剂向上喷出，产生向下的推力，将相应的支撑腿紧压在月面上，避免发射底座的晃动，保证发射底座的稳定性，使月球着陆器上升级能稳定发射；

所述支撑脚为圆盘状，与支撑腿下段的下端通过球铰相连接，支撑脚通过球铰能转动，初始时支撑脚处于收起状态，以减小体积，节省空间；月球着陆器着陆时，支撑脚展开，与月面接触，能增加月球着陆器与月面的接触面积，提高月球着陆器的着陆稳定性；支撑脚上安装有力传感器，能测出每个支撑脚的受力大小，并把受力信息转送到控制系统。