CN104554820A - 半封闭分体式载人月球车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半封闭分体式载人月球车，包括车体结构，所述车体结构包括敞开式结构的中部底盘、设于所述中部底盘两端的前部底盘与后部底盘以及可拆卸地安装于所述前部底盘与后部底盘上的箱体结构，所述前部底盘和后部底盘均与所述中部底盘通过转轴旋转连接，且能够通过旋转折叠于所述中部底盘上；还包括作为上盖结构的弧形柔性太阳电池阵，可折叠收拢于所述车体结构上，所述弧形柔性太阳电池阵展开安装后、其尺寸和位置至少覆盖所述中部底盘的上侧，所述前部底盘上的箱体结构中至少设置有电源控制器和蓄电池组，所述弧形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

Description

半封闭分体式载人月球车

技术领域

本发明涉及载人登月技术领域，尤其涉及一种半封闭分体式载人月球车。

背景技术

载人月球车肩负扩展航天员活动范围，运输科学载荷、采样工具和各类月球样品，以及保障航天员安全、高效完成月面探测的任务。因此，载人月球车需要具有良好的月面移动能力、人机交互能力、装载运输能力和安全保障能力。

美国在上世纪70年代初期就实现了载人登月，21世纪初美国又提出了“重返月球计划”，计划再次载人登月，并建立月球基地。NASA根据载人登月不同任务阶段对载人月球车的需求，提出了各种用途的概念月球车，包括非增压式六轮月球车、增压式六轮月球车、轮腿式月球车和双模式月球车等，并通过仿真和试验进行验证和优化。

2013年12月15日04时35分，CE-3无人月球车与着陆器分离后踏上月球，标志着我国成为继前苏联、美国后第三个实现月面着陆巡视探测的国家。无人月球车的研制经验为载人月球车研究提供了一定的技术基础，对月面环境及其效应有了初步认识。但是无人月球车与载人月球车有着本质区别，无人月球车类似月面自主探测机器人，载人月球车属于有人驾驶的智能化车辆，且移动速度更快、承载能力更强、稳定性和舒适性要求更高。

目前国内在载人月球车研究方面还处于起步阶段，还停留在对阿波罗载人月球车和NASA新概念载人月球车的跟踪研究阶段，概念方案以轮式敞开式载人月球车为主，自主创新的内容不多，公开发表的成果也较少。国外载人车通常采用敞开式、增压式的传统构型和航天员驾驶的单一工作模式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提供一种能适应多种工作模式、月面工作时间更长、安全保障性更好的半封闭分体式载人月球车。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种半封闭分体式载人月球车，包括车体结构，所述车体结构包括敞开式结构的中部底盘、设于所述中部底盘两端的前部底盘与后部底盘以及可拆卸地安装于所述前部底盘与后部底盘上的箱体结构，所述前部底盘和后部底盘均与所述中部底盘通过转轴旋转连接，且能够通过旋转折叠于所述中部底盘上；

所述半封闭分体式载人月球车还包括作为上盖结构的弧形柔性太阳电池阵，可折叠收拢于所述车体结构上，所述弧形柔性太阳电池阵展开安装后、其尺寸和位置至少覆盖所述中部底盘的上侧，所述前部底盘上的箱体结构中至少设置有电源控制器和蓄电池组，所述弧形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接；

所述箱体结构上还设有同位素热电发生器，所述箱体结构内还设有流体加热回路结构，所述同位素热电发生器用以对流体加热回路结构中的流体加热，从而为箱体结构内提供热量；所述前部底盘上的箱体结构内设有综合电子计算机；

所述前部底盘上还设有电磁感应耦合器，所述电磁感应耦合器通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接，所述电磁感应耦合器用以通过与外部设备间的电磁感应方式为所述蓄电池组充电。

可选的，所述的半封闭分体式载人月球车还包括可拆卸安装于所述车体结构上的两个扇形柔性太阳电池，安装后，所述扇形柔性太阳电池阵分别位于所述弧形柔性太阳电池阵的两侧，所述扇形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

可选的，所述后部底盘或其上的箱体结构上还设有外部充电接口，所述外部充电接口通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

可选的，所述后部底盘上还设有机械手，所述机械手至少用以响应所述综合电子计算机的控制信号进行动作，从而将外部的充电接头插入所述外部充电接口。

可选的，所述前部底盘上的箱体结构的箱盖采用共型设计，作为X频段高增益平板发射面天线，且最终连接至所述综合电子计算机。

可选的，所述后部底盘上的箱体结构上还设有X频段接收天线和X频段全向发射天线，所述X频段接收天线和X频段全向发射天线都最终连接至所述综合电子计算机。

可选的，所述前部底盘上的箱体上设有全景相机，所述全景相机与所述综合电子计算机连接。

可选的，所述后部底盘的箱体结构上设有UHF收发天线，所述UHF收发天线最终连接至所述综合电子计算机。

以上描述的本发明及其具体的可选方案具备以下优点：1)柔性太阳电池阵可折叠收拢，分体式底盘可折叠，可最大限度减小发射时的包络空间；2)柔性太阳电池阵可通过光电转换持续为月球车补充能源；3)半封闭式结构对航天员构成有效防护，避免了带电月尘和微流星的损害；4)前后底盘采用箱形封闭式结构，具有隔热保温作用，为仪器设备提供了一个温度相对恒定的封闭式存储空间；5)前部底盘上箱体的箱盖与X频段高增益发射天线采用了一体化设计方法；6)自主巡视探测模式下由柔性太阳电池阵提供能源，航天员离开月面后还可作为无人月球车二次利用；7)月夜休眠模式下由同位素热电发生器供热，可有效保护具有温控要求的仪器设备；8)车载机械手可协助航天员安装或展开天线、有效载荷等插拔式仪器设备，以及弧形柔性太阳电池阵，并在月球车完成任务后实现插拔式接触充电；8)月球车科考任务结束后返回着陆器，可自行通过电磁感应耦合器实现非接触式充电；9)月球车具有与着陆器和航天员、环绕器、地面的通信能力。

附图说明

图1是本发明一实施例中半封闭分体式载人月球车折叠状态示意图；

图2是本发明一实施例中车体结构的示意图；

图3是本发明一实施例中弧形柔性太阳电池阵的结构示意图；

图4是本发明一实施例中半封闭分体式载人月球车驾驶模式下的示意图；

图5是本发明一实施例中扇形柔性太阳电池的示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图5对本发明提供的半封闭分体式载人月球车进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内能够对其进行修改和润色。

请参考图1至图5，本实施例提供了一种半封闭分体式载人月球车，包括车体结构，所述车体结构包括敞开式结构的中部底盘1、设于所述中部底盘1两端的前部底盘2与后部底盘3以及可拆卸地安装于所述前部底盘2与后部底盘3上的箱体结构19与16，所述前部底盘2和后部底盘3均与所述中部底盘1通过转轴旋转连接，且能够通过旋转折叠于所述中部底盘1上；折叠时，可以是配置箱体结构19和16的，也可以是不配置的，只要能够实现折叠，就是本发明力求保护的方案。

可见，本发明分体式底盘可折叠，可最大限度减小发射时的包络空间；前后底盘上采用箱形封闭式结构，具有隔热保温作用，为仪器设备提供了一个温度相对恒定的封闭式存储空间；

该月球车还包括作为上盖结构的弧形柔性太阳电池阵20，可折叠收拢于所述车体结构上，可以安装在前部底盘2、中部底盘1、后部底盘3、箱体结构19与16任意之一或多个上，本实施例中，还通过挡板24与所述箱体结构19或前部底盘2连接。本实施例中，中部底盘1两侧还可拆卸地安装有侧板23。

所述弧形柔性太阳电池阵展开后、其尺寸和位置至少覆盖所述中部底盘的上侧，本实施例中，其不仅覆盖中部底盘的上侧，还延伸到后部底盘3上的箱体结构16上，这里所称的覆盖旨在显示其能做到遮盖作用，可以是独立的覆盖，也可以是与挡板组合起到覆盖作用，其首要是为了给中部底盘1中的驾驶人员提供遮盖，其次，将其延伸到后部底盘3上的箱体结构16上可以扩大电池阵的面积，所述前部底盘2上的箱体结构19中至少设置有电源控制器和蓄电池组(图未示)，所述弧形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接；可以用以利用太阳电池阵为蓄电池组充电，从而实现供电。

本发明的柔性太阳电池阵可通过光电转换持续为月球车补充能源；弧形柔性太阳电池阵20形成的半封闭式结构对航天员构成有效防护，避免了带电月尘和微流星的损害；同时，柔性太阳电池阵可折叠收拢，也可最大限度减小发射时的包络空间。自主巡视探测模式下由柔性太阳电池阵提供能源，航天员离开月面后还可作为无人月球车二次利用。

所述箱体结构19和24中至少一个上还设有同位素热电发生器，所述箱体内还设有流体加热回路结构，所述同位素热电发生器用以对流体加热回路结构中的流体加热，从而为箱体结构内提供热量；所述前部底盘上2的箱体结构19内设有综合电子计算机(图未示)；月夜休眠模式下由同位素热电发生器供热，可有效保护具有温控要求的仪器设备。

所述前部底盘2上还设有电磁感应耦合器18，所述电磁感应耦合器18通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接，所述电磁感应耦合器18用以通过与外部设备间的电磁感应为所述蓄电池组充电。月球车科考任务结束后返回着陆器，可自行通过电磁感应耦合器实现非接触式充电。

在本发明一可选的实施例中，所述的半封闭分体式载人月球车还包括可拆卸安装于所述车体结构上的两个扇形柔性太阳电池22，安装后，所述扇形柔性太阳电池阵22分别位于所述弧形柔性太阳电池阵21的两侧，此表示两者之间不该有遮挡，所述扇形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

所述后部底盘3或其上的箱体结构16上还设有外部充电接口(图未示)，所述外部充电接口通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。外部充电接口、弧形柔性太阳电池阵20、扇形柔性太阳电池阵22以及电磁感应耦合器18均与所述电源控制器连接，所述电源控制器根据预设的规则配置不同模式下的充电、供电方式。

本实施例中，所述后部底盘3上还设有机械手13，所述机械手13至少用以响应所述综合电子计算机的控制信号进行动作，从而将外部的充电接头插入所述外部充电接口。当然，机械手13的作用不止于此，依据不同需求，还可进行具体的配置。机械手13还可协助航天员安装或展开天线、有效载荷等插拔式仪器设备，以及弧形柔性太阳电池阵，并在月球车完成任务后实现插拔式接触充电。

本实施例中，所述前部底盘2上的箱体结构19的箱盖6采用共型设计，作为X频段高增益平板发射面天线，且最终连接至所述综合电子计算机。即前部底盘2上箱体结构19的箱盖6与X频段高增益发射天线采用了一体化设计方法。

所述后部底盘3上的箱体结构16上还设有X频段接收天线12和X频段全向发射天线15，所述X频段接收天线12和X频段全向发射天线15都最终连接至所述综合电子计算机。所述后部底盘3的箱体结构16上设有UHF收发天线13，所述UHF收发天线13最终连接至所述综合电子计算机。从而使得月球车具有与着陆器和航天员、环绕器、地面的通信能力。

进一步的，X频段接收天线12、X频段全向发射天线15、X频段高增益平板发射面天线6以及UHF收发天线13分别通过相应的应答机与所述综合电子计算机连接，再进一步的，X频段全向发射天线15、X频段高增益平板发射面天线6以及UHF收发天线13与对应的应答机之间还设置有相应的放大器进行信号的放大。

除了以上的描述外，本实施例中，所述月球车还包括避障相机5、全景相机7、激光通信设备8、仪表台9、操纵手柄10、乘务座椅11。

载人月球车顶部为半封闭式弧形柔性太阳电池阵20结构。车体两侧安装有2个扇形柔性太阳电池阵22。月球车底盘采用三段分体式结构。前部底盘2、后部底盘3采用箱形封闭式结构，中部底盘1采用敞开式结构。X频段高增益平板发射面天线6与前端箱盖19采用共型设计。前部底盘端盖左侧安装有同位素热电发生器17，前部底盘下方安装有电磁感应耦合器18，前部底盘内部安装有同位素温差电池。前部底盘端盖上方安装有激光通信设备8，后部底盘后侧安装有双机械臂14。

半封闭式弧形柔性太阳电池阵20，发射时可快捷拆除并卷起收拢，月面工作时可由航天员在车载机械臂14协助下安装固定。2个扇形柔性太阳电池阵22采用即插即用接口，由航天员返回地球前在车体尾部两侧安装，连同车顶的弧形柔性太阳电池阵20联合供电。月球车三段分体式底盘包括前部底盘2、中部底盘1、后部底盘3，可在航天员参与下实现折叠与展开。航天员驾驶模式下采用高效蓄电池和弧形柔性太阳电池阵20联合供电，自主巡视探测模式下由弧形柔性太阳电池阵20和扇形柔性太阳电池阵22提供能源供应，月夜休眠模式下由同位素温差电池供热。月球车科考任务结束后返回着陆器，可由航天员/车载机械臂14进行插拔式接触充电，或通过电磁感应耦合器18实现非接触式充电。月球车与着陆器/航天员通信选择UHF频段，月球车与环绕器中继通信选择UHF频段，月球车与地面通信选择X/激光频段。

半封闭分体式载人月球车工作流程如下：

1)月面着陆前，载人月球车折叠收拢柔性太阳电池阵，以及天线、有效载荷等插拔式仪器设备，分体式底盘折叠收拢后置于登月舱内。月面着陆前整个过程中月球车不工作，着陆舱为载人月球车蓄电池充电，并为月球车提供必要的温控手段。

2)月面着陆后，航天员从着陆舱中走出，沿悬梯到达月面。航天员借助辅助机构实现载人月球车从着陆器上解锁、释放、分离、展开、锁定等过程，并降至月面。航天员在车载机械手下安装或展开天线、有效载荷等插拔式仪器设备，以及弧形柔性太阳电池阵，进而导通电源和开启测控通信设备，建立与地面、环绕器、着陆器的通信链路。继而对载人月球车进行初始参数设置，使其具备工作能力。

3)航天员月面工作过程中，驾驶半封闭式载人月球车在月面执行科学考察任务，期间采用高效蓄电池和弧形柔性太阳电池阵联合供电，科考任务结束后返回着陆器，可由航天员/车载机械臂进行插拔式接触充电。进入月夜后，航天员返回着陆舱休息，月夜休眠模式下载人月球车由同位素温差电池供热，使得具有温控要求的仪器设备存放在温度相对恒定的封闭箱体中。

4)航天员离开月面前，在车体尾部安装2个扇形柔性太阳电池阵，连同车顶的弧形柔性太阳电池阵联合给月球车供电。载人月球车采用自主巡视探测模式，作为无人月球车在月面执行科考任务，并通过着陆器/环绕器中继通信，或直接与地面通信，完成科考数据下传。科考任务结束后返回着陆器，自行通过电磁感应耦合器实现非接触式充电。

Claims (8)

1.一种半封闭分体式载人月球车，其特征在于：包括车体结构，所述车体结构包括敞开式结构的中部底盘、设于所述中部底盘两端的前部底盘与后部底盘以及可拆卸地安装于所述前部底盘与后部底盘上的箱体结构，所述前部底盘和后部底盘均与所述中部底盘通过转轴旋转连接，且能够通过旋转折叠于所述中部底盘上；

还包括作为上盖结构的弧形柔性太阳电池阵，可折叠收拢于所述车体结构上，所述弧形柔性太阳电池阵展开安装后、其尺寸和位置至少覆盖所述中部底盘的上侧，所述前部底盘上的箱体结构中至少设置有电源控制器和蓄电池组，所述弧形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接；

所述箱体结构上还设有同位素热电发生器，所述箱体结构内还设有流体加热回路结构，所述同位素热电发生器用以通过对流体加热回路结构中的流体加热，从而为所述箱体结构内提供热量；所述前部底盘上的箱体结构内设有综合电子计算机；

所述前部底盘上还设有电磁感应耦合器，所述电磁感应耦合器通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接，所述电磁感应耦合器用以通过与外部设备间的电磁感应方式为所述蓄电池组充电。

2.如权利要求1所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：还包括可拆卸安装于所述车体结构上的两个扇形柔性太阳电池阵，安装后，所述扇形柔性太阳电池阵分别位于所述弧形柔性太阳电池阵的两侧，所述扇形柔性太阳电池阵通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

3.如权利要求1所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述后部底盘或其上的箱体结构上还设有外部充电接口，所述外部充电接口通过所述电源控制器与所述蓄电池组连接。

4.如权利要求3所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述后部底盘上还设有机械手，所述机械手至少用以响应所述综合电子计算机的控制信号进行动作，从而将外部的充电接头插入所述外部充电接口。

5.如权利要求1所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述前部底盘上的箱体结构的箱盖采用共型设计，作为X频段高增益平板发射面天线，且最终连接至所述综合电子计算机。

6.如权利要求1或5所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述后部底盘上的箱体结构上还设有X频段接收天线和X频段全向发射天线，所述X频段接收天线和X频段全向发射天线都最终连接至所述综合电子计算机。

7.如权利要求1所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述前部底盘上的箱体上设有全景相机，所述全景相机与所述综合电子计算机连接。

8.如权利要求1所述的半封闭分体式载人月球车，其特征在于：所述后部底盘的箱体结构上设有UHF收发天线，所述UHF收发天线最终连接至所述综合电子计算机。