CN106769237B - 一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，包括尘埃粒子采集口、进气管、过滤收集装置、排气管以及返回器，所述过滤收集装置安装在返回器内，所述返回器安置在探测器内部，所述进气管和排气管分别穿入返回器与过滤收集装置连接，所述尘埃粒子采集口和所述排气管连接探测器外侧，所述尘埃粒子采集口与进气管前端相连，所述进气管与过滤收集装置的过滤入口相连，过滤收集装置的过滤出口与排气管相连。本发明可以实现在火星大气中高速飞行状态下过滤式微尘采样，避免传统取样返回中着陆下降和火表上升环节，减少探测器重量和任务复杂度，具有工程应用价值；本发明具有良好的可扩展性，可为我国后续其他行星取样探测研制奠定基础。

Description

一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及火星取样返回探测任务的微粒收集技术领域，具体是一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法。

背景技术

相比于地球大气层，火星大气非常稀薄，但其中含有大量尘埃。因为火星表面常年风力较大，时常性的沙尘暴会把火星表面的土壤微粒吹到空中。根据观测，尘暴期间土壤微粒会上升到60km高度，所以在空中就能收集到火星土壤。

传统火星取样探测任务完成样品收集的前提是保证探测器成功着陆，样品收集过程机械臂结构正常展开，以及返回器安全上升与返回；整个过程繁琐复杂，风险性高。由于机械臂一般采用钻孔取样，自由度多且不易操纵，结构强度要求高，增加整器结构重量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法，利用大气减速实现捕获，从而实现火星大气离子和大气中灰尘微粒的采集，采集完成后，无需转运，直接密封存储后返回地球，易操纵。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，包括尘埃粒子采集口、进气管、过滤收集装置、排气管以及返回器，所述过滤收集装置安装在返回器内，所述返回器安置在探测器内部，所述进气管和排气管分别穿入返回器与过滤收集装置连接，所述尘埃粒子采集口和所述排气管连接探测器外侧，便于火星大气的进入和排出；所述尘埃粒子采集口与进气管前端相连，所述进气管与过滤收集装置的过滤入口相连，过滤收集装置的过滤出口与排气管相连。

优选地，所述尘埃粒子采集口为活动部件。进入火星大气前，采集口处于收拢状态并与其他部件共面，避免影响整体装置的气动外形；进入火星大气后，采集口处于打开状态，利于大气涌入。

优选地，所述尘埃粒子采集口采用倒圆角结构，用于减缓因高速气流在拐角处造成的紊流现象。

优选地，所述尘埃粒子采集口内布置有纳米气凝胶材料，用于对高速气流及其携带的微粒进行减速，同时保证微粒不发生化学反应。

优选地，所述过滤收集装置采用纳米筛材料，纳米筛材料是由纳米制成的多孔透气材料，具有很强的吸附能力，能够将大气中的固体颗粒吸附在纳米筛中并排除空气。

上述的超高速飞行状态下火星尘埃收集装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、火星尘埃收集装置随探测器发射入轨，到达火星采用制动捕获方式，在高速进入火星大气过程中，火星尘埃收集装置的采集口处于敞开状态，直接采集火星大气离子和大气中灰尘微粒；

步骤二、火星大气由进气管经过纳米气凝胶后减速到达过滤收集装置，由纳米筛吸附大气中的微粒并收集，并通过排气管将过滤后的空气导引排出；

步骤三、采样结束后，将所收集的微粒直接封存在返回器内，返回地球，实现火星大气和微粒的采样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

可以实现在火星大气中高速飞行状态下过滤式微尘采样，避免传统取样返回中着陆下降和火表上升环节，降低燃料消耗，取代传统机械臂钻孔取样的复杂结构，减少探测器重量和任务复杂度，具有工程应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例超高速飞行状态下火星尘埃收集装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置在探测器上的安装布局图。

图3为本发明实施例中尘埃粒子采集口打开过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例探测器包括火星尘埃收集装置1、舱板2和探测器3；火星尘埃收集装置1安装在顶部，便于出气管排除过滤后的火星大气。

如图1所示，本发明实施例提供了一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，包括火星尘埃粒子采集口11、进气管12、过滤收集装置13、排气管14以及返回器15，所述过滤收集装置11安装在返回器15内，所述返回器15安置在探测器3内部，所述进气管12和排气管13分别穿入返回器15与过滤收集装置13连接，所述尘埃粒子采集口11和所述排气管14连接探测器3外侧，便于火星大气的进入和排出；所述尘埃粒子采集口11与进气管前端相连，所述进气管12与过滤收集装置13的过滤入口相连，过滤收集装置13的过滤出口与排气管14相连。

所述尘埃粒子采集口11为活动部件。采集口与收集装置通过转轴连接，采集口可绕转轴转动，在收拢状态下，采集口在收集装置内部，当需打开时，采集口绕转轴向外转动，使气流能够通过采集口进入收集装置内部，过程如图3所示。部件16为采集口进气口，部件17为采集口出气口。

进入火星大气前，采集口处于收拢状态并与其他部件共面，如图1虚线部分，避免影响整体装置的气动外形；进入火星大气后，采集口处于打开状态，如图1实线部分，利于大气涌入。

尘埃粒子采集口11处采用倒圆角形式，用于减缓因高速气流在拐角处造成的紊流现象。

所述尘埃粒子采集口11内布置有纳米气凝胶材料，用于对高速气流及其携带的微粒进行减速，同时保证微粒不发生化学反应。

所述过滤收集装置13采用纳米筛材料，纳米筛材料是由纳米制成的多孔透气材料，具有很强的吸附能力，能够将大气中的固体颗粒吸附在纳米筛中并排除空气。

本具体实施还提供了上述超高速飞行状态下火星尘埃收集装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、火星尘埃收集装置随探测器发射入轨，到达火星采用制动捕获方式，在高速进入火星大气过程中，火星尘埃收集装置的采集口处于敞开状态，直接采集火星大气离子和大气中灰尘微粒；

步骤二、火星大气由进气管经过纳米气凝胶后减速到达过滤收集装置，由纳米筛吸附大气中的微粒并收集，并通过排气管将过滤后的空气导引排出；

步骤三、采样结束后，将所收集的微粒直接封存在返回器内，返回地球，实现火星大气和微粒的采样。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，其特征在于，包括尘埃粒子采集口、进气管、过滤收集装置、排气管以及返回器，所述过滤收集装置安装在返回器内，所述返回器安置在探测器内部，所述进气管和排气管分别穿入返回器与过滤收集装置连接，所述尘埃粒子采集口和所述排气管连接探测器外侧，所述尘埃粒子采集口与进气管前端相连，所述进气管与过滤收集装置的过滤入口相连，过滤收集装置的过滤出口与排气管相连；所述尘埃粒子采集口为活动部件，采集口与收集装置通过转轴连接，采集口可转轴转动，在收拢状态下，采集口在过滤收集装置内部，当需打开时，采集口绕转轴向外转动，使气流能够通过采集口进入过滤收集装置内部，尘埃粒子采集口采用倒圆角结构。

2.如权利要求1所述的一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，其特征在于，所述尘埃粒子采集口内布置有纳米气凝胶材料。

3.如权利要求1所述的一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，其特征在于，所述过滤收集装置采用纳米筛材料，纳米筛材料是由纳米制成的多孔透气材料。

4.一种如权利要求1至3任一项所述的超高速飞行状态下火星尘埃收集装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、进入火星大气前，采集口处于收拢状态并与其他部件共面，火星尘埃收集装置随探测器发射入轨，到达火星采用制动捕获方式，在高速进入火星大气过程中，火星尘埃收集装置的采集口处于敞开状态，直接采集火星大气离子和大气中灰尘微粒；

步骤二、火星大气由进气管经过纳米气凝胶后减速到达过滤收集装置，由纳米筛吸附大气中的微粒并收集，并通过排气管将过滤后的空气导引排出；

步骤三、采样结束后，将所收集的微粒直接封存在返回器内，返回地球，实现火星大气和微粒的采样。