CN108750150A - 一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，由撞击段、燃烧段、加热段、功能段四部分依次通过通用接口串联组成；所述穿透器以200m/s到300m/s的释放速度撞向冰层，初始侵深约2m到3m；依靠穿透器的加热段和燃烧段将冰层升温缓慢融化，使穿透器侵深达到10m到20m，穿透器带有通信模块和科学探测仪器，可开展相关的科学探测任务。本发明整个深空穿透器设计紧凑、稳定性好，适应未来深空撞击穿透探测的需求。
Description
技术领域
本发明涉及地球卫星或其他深空探测飞行器技术领域，具体是一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器。
背景技术
深空探测任务是一项复杂的系统性工程，是我国“十三五”规划重点发展领域之一。以木卫、土卫等表面覆盖超厚冰层的天体为目标的深空探测活动是未来深空探测的重要目标，而当前国内外的深空探测手段也正在向多维度探测、内部深度探测方向发展。
撞击穿透探测是实现天体内部探测的高效手段之一，具有结构简单、集成度高、配置灵活等特点，消耗较少资源即可侵彻到天体内部，开展原位探测、采样返回等多种形式的科学任务，在深空探测等领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对表面覆盖超厚冰层的天体撞击穿透探测任务的特点，提供了一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，对于表面覆盖超厚冰层的目标天体，一方面可以利用探测器在降落过程中所具备的势能冲击形成一定的撞击侵深，另一方面也可以利用自身所携带的燃料和电源，利用燃烧和加热等方式使撞击穿透器外壁升温，融化外部超厚冰层进入天体内部，有利于开展针对性的大侵深科学探测任务。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，由撞击段、燃烧段、加热段、功能段四部分依次通过通用接口串联组成；所述穿透器以200m/s到300m/s的释放速度撞向冰层，初始侵深约2m到3m；依靠穿透器的加热段和燃烧段将冰层升温缓慢融化，使穿透器侵深达到10m到20m，穿透器带有通信模块和科学探测仪器，可开展相关的科学探测任务。
进一步地，所述撞击段包括撞击段本体、安装在撞击段本体前端的头罩、分布在撞击段本体外壁周边的散热孔以及分布在撞击段本体内的第一导热管道；所述第一导热管道合理分布在撞击段内部，将燃烧段产生的热量从撞击段送出，加热外部冰层。
所述燃烧段包括燃料储箱、助燃储箱、可控燃烧室、燃剂导管、导热孔、第二导热管道；所述燃料储箱安装在燃烧段本体的内部顶板上，提供燃料给可控燃烧室；所述助燃储箱安装在燃烧段的内部顶板上，提供助燃剂给可控燃烧室，助燃储箱与燃料储箱之间有结构板隔离；所述燃剂导管分布在燃烧段内部，将所述燃料储箱中的燃烧剂和所述助燃储箱中的助燃剂导入可控燃烧室燃烧；所述可控燃烧室安装在燃烧段的内部底板上，燃料和助燃剂在可控燃烧室内燃烧，将热量由导热管道送出；所述导热孔分布在燃烧段的外壁周边；所述第二导热管道分布在燃烧室内部，连接燃烧室和燃烧段外壁的导热孔。
所述加热段包括环形条状加热片、电源模块、导线等。为了进一步提高穿透器外部温度，考虑到结构加工和安装的简易性，加热片选用环形条状形式，以贴片方式安装在加热段外壁；所述电源模块安装在加热段内部底板上，为环形条状加热片和星上其他单机供电；所述导线布置在加热段内部，连接各个单机。
所述功能段包括综合电子模块、科学探测仪器、通信模块、导线等。所述综合电子模块安装在功能段的内侧顶板上，通过灌封设计形成整体模块，负责检测、管控其他模块的工作状态；所述科学探测仪器安装在功能段的内侧壁上，可配置湿度计、温度计、密度计、元素分析仪等，开展相关的科学探测任务；所述通信模块安装在功能段后体的外侧板上，将穿透器单机状态和采集的科学数据上发给在轨探测器；所述导线分布在功能段内部，连接相关的单机。
所述撞击段外壁导热孔和所述燃烧段外壁导热孔的设计，基于沿舱段外壁法向均匀散热原则，最大化外部散热融化冰层的效率，通过热分析和结构优化设计，得到所述导热孔的外壁布局、大小和开孔方向参数；所述小型撞击穿透器的外壁附有耐高温的导热涂层，提高穿透器对外散热的效率。所述的两种改进方式均可高效地增加撞击穿透器对超厚冰层的侵深。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，穿透器以200m/s到300m/s的释放速度撞向冰层，初始侵深约2m到3m；依靠穿透器的加热段和燃烧段将穿透器外壁升温，冰层缓慢融化，使穿透器侵深达到10m到20m，穿透器带有通信模块和科学探测仪器，可开展相关的科学探测任务。整个深空穿透器设计紧凑、稳定性好，适应未来深空撞击穿透探测的需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的飞行状态结构示意图。
图中：1—撞击段、2—燃烧段、3—加热段、4-功能段。
图2为本发明的飞行状态结构剖面图。
图中：11-燃烧室的导热通道，12-燃烧室，13-燃料储箱，14-助燃储箱，15-电源模块，16-综合电子模块，17-通信模块。
图3为本发明的结构爆炸示意图。
图中：1—撞击段、2—燃烧段、3—加热段、4-功能段。
图4为本发明的撞击段结构示意图。
图中：5-散热孔，6-通用连接结构，7-加热片。
图5为本发明的燃烧段结构示意图。
图中：12-燃烧室，18-导管，13-燃料储箱，14-助燃剂储箱。
图6为本发明的加热段结构示意图。
图中：8-环形条状加热片，9-电源模块。
图7为本发明的功能段结构示意图。
图中：16-综合电子模块，10-科学探测仪器，17-通信模块。
图8为本发明的撞击段和燃烧段组合结构示意图。
图中：1—撞击段、2—燃烧段。
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3所示，本发明提供的面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，由撞击段、加热段、燃烧段、功能段四部分串联组成，各个部分之间采用通用接口连接。
如图4所示，撞击段包括头罩、散热孔、第一导热管道等。所述头罩位于撞击段顶端，头罩的尖端外形设计可在撞击冰层时加大侵深；所述散热孔分布在撞击段的外壁周边；所述第一导热管道合理分布在撞击段内部，将燃烧段产生的热量从撞击段送出，加热外部冰层。
如图5所示，燃烧段包括燃料储箱、助燃储箱、可控燃烧室、燃剂导管、导热孔、第二导热管道等。所述燃料储箱安装在燃烧段内部顶板上，提供燃料给可控燃烧室；所述助燃储箱安装在燃烧段的内部顶板上，提供助燃剂给可控燃烧室，助燃储箱与燃料储箱之间有结构板隔离；所述可控燃烧室安装在燃烧段的内部底板上，燃料和助燃剂在可控燃烧室内燃烧，将热量由第二导热管道送出；所述燃剂导管分布在燃烧段内部，将所述燃料储箱中的燃烧剂和所述助燃储箱中的助燃剂导入可控燃烧室燃烧；所述导热孔分布在燃烧段的外壁周边；所述第二导热管道分布在燃烧室内部，连接燃烧室和燃烧段外壁的导热孔。
如图6所示，加热段包括环形条状加热片、电源模块、导线等。为了进一步提高穿透器外部温度，考虑到结构加工和安装的简易性，加热片选用环形条状形式，以贴片方式安装在加热段外壁；所述电源模块安装在加热段内部底板上，为环形条状加热片和星上其他单机供电；所述导线布置在加热段内部，连接各个单机。
如图7所示，功能段包括综合电子模块、科学探测仪器、通信模块、导线等。所述综合电子模块安装在功能段的内侧顶板上，通过灌封设计形成整体模块，负责检测、管控其他模块的工作状态；所述科学仪器安装在功能段的内侧壁上，配置湿度计、温度计、密度计、元素分析仪，开展相关的科学探测任务；所述通信模块安装在功能段后体的外侧板上，将穿透器单机状态和采集的科学数据上发给在轨探测器；所述导线分布在功能段内部，连接相关的单机。
如图8所示，撞击段外壁导热孔和燃烧段外壁导热孔的设计，基于沿舱段外壁法向均匀散热原则，最大化外部散热融化冰层的效率，通过热分析和结构的优化设计，得到所述导热孔的外壁布局、大小和开孔方向参数；所述小型撞击穿透器的外壁附有耐高温的导热涂层，提高穿透器对外散热的效率。所述的两种改进方式均可高效地增加撞击穿透器对超厚冰层的侵深。
本实施例为同时满足针对超厚冰层的撞击穿透要求，采用分体式设计，撞击穿透器以200m/s到300m/s的释放速度撞向冰层，初始侵深约2m到3m；依靠穿透器的加热段和燃烧段将穿透器外壁升温，冰层缓慢融化，使穿透器侵深达到10m到20m。随后穿透器的功能段通过科学探测仪器，对目标天体冰层内部开展科学探测，获取科学探测数据并利用通信模块向在轨探测器发送数据。
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，其特征在于：由撞击段、燃烧段、加热段、功能段四部分依次通过通用接口串联组成；所述穿透器以200m/s到300m/s的释放速度撞向冰层，初始侵深约2m到3m；依靠穿透器的加热段和燃烧段将冰层升温缓慢融化，使穿透器侵深达到10m到20m，穿透器带有通信模块和科学探测仪器，可开展相关的科学探测任务。
2.根据权利1要求所述的一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，其特征在于：所述撞击段包括撞击段本体、安装在撞击段本体前端的头罩、分布在撞击段本体外壁周边的散热孔以及分布在撞击段本体内的第一导热管道。
3.根据权利1要求所述的一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，其特征在于：所述燃烧段包括燃料储箱、助燃储箱、可控燃烧室、燃剂导管、导热孔和第二导热管道，燃料储箱和助燃储箱安装在燃烧段的内部顶板上；可控燃烧室安装在燃烧段的内部底板上；燃剂导管分布在燃烧段内部，导热孔分布在燃烧段的外壁周边；第二导热管道分布在燃烧室内部，连接可控燃烧室和燃烧段外壁的导热孔。
4.根据权利1要求所述的一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，其特征在于：所述加热段包括加热段本体、环形条状加热片、电源模块、导线；环形条状加热片以贴片形式安装在加热段本体的外壁上；电源模块安装在加热段本体的内部底板上，导线布置在加热段本体的内部，电源模块通过导线为加热片供电。
5.根据权利1要求所述的一种面向超厚冰层的大侵深小型撞击穿透器，其特征在于：所述功能段包括电子模块、科学探测仪器、通信模块和导线，电子模块安装在功能段的内侧顶板上，通过灌封设计形成整体模块；科学探测仪器安装在功能段的内侧壁上；通信模块安装在功能段后体的外侧板上；导线分布在功能段的内部，连接加热段电源模块及功能段内部的各个模块。
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