CN110171580B - 一种基于天梯原理的月球空间探测系统 - Google Patents

一种基于天梯原理的月球空间探测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于月球天梯原理的月球空间探测系统，它是由地基、地基‑空间站缆绳、空间站、配重‑空间站缆绳、配重、维护攀爬器、固定探测器、活动探测器组成；该地基‑空间站缆绳位于地基上方并且底端与地基顶端相连，空间站位于地基‑空间站缆绳上方并且底端与地基‑空间站缆绳顶端相连，配重‑空间站缆绳位于空间站上方并且底端与空间站顶端相连，配重位于配重‑空间站缆绳上方，维护攀爬器安装在地基‑空间站缆绳或者配重‑空间站缆绳上，固定探测器分散固定在地基‑空间站缆绳和配重‑空间站缆绳上，活动探测器位于空间站内部；本发明可以完成大规模月面以及近月空间的探测任务以及实现长期的月球空间环境监测，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于天梯原理的月球空间探测系统
技术领域
本发明涉及月球空间探测领域，具体而言涉及一种基于天梯原理的月球空间探测系统。
背景技术
航天技术的发展水平代表着一个国家的综合国力和科技水平，而一个国家进入空间的能力在很大程度上决定了其空间活动的能力，以及空间应用开发的水平。但是随着人类探索太空的不断深入，现有的运载技术越来越不能满足要求。运载火箭是目前世界上进入空间的主要运载工具，但是其发射频率较低，难以支持越来越频繁的发射任务。所以需要研究新型的运载技术，而天梯技术以其新颖的理念和强大的优势脱颖而出。天梯，又叫太空电梯，其主体是一条缆绳，一端固定连接在地面平台，另一端通向太空与配重相连，整个缆绳保持绷紧。运载器沿缆绳运行，可以在地面与空间站之间运送货物和人员从而实现一种高效的空间运输。
近年来许多国家都开展了对月球的科学学探测，但是大多数都是以发射落月或者是环月探测器为主。探测器的发射受到运载能力的限制其探测能力以及在轨维护能力都是有限的，从而难以开展大规模的月球探测。针对这一问题，本发明建立了一种基于月球天梯原理的大型月球空间探测系统。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种基于月球天梯原理的月球空间探测系统，即一种基于月球天梯原理的大规模月球空间探测系统，以适应未来需要提高月球探测能力。
本发明是一种基于月球天梯原理的月球空间探测系统，即一种基于月球天梯原理的大规模月球空间探测系统，它是由地基(101)、地基-空间站缆绳(108)、空间站(104)、配重-空间站缆绳(107)、配重(106)、维护攀爬器(105)、固定探测器(102)、活动探测器(103)组成；它们相互之间的关系是地基(101)底端建立在月球表面上，地基-空间站缆绳(108)位于地基(101)上方并且底端与地基(101)顶端相连，空间站(104)位于地基-空间站缆绳(108)上方并且底端与地基-空间站缆绳(108)顶端相连，配重-空间站缆绳(107)位于空间站(104)上方并且底端与空间站(104)顶端相连，配重(106)位于配重-空间站缆绳(107)上方并且底端与配重-空间站缆绳(107)顶端相连，维护攀爬器(105)安装在地基-空间站缆绳(108)或者配重-空间站缆绳(107)上，固定探测器(102)分散固定在地基-空间站缆绳(108)和配重-空间站缆绳(107)上，活动探测器(103)位于空间站(104)内部；
所述地基(101)的结构是一个与月球表面固连的刚性结构体；它建立在月球表面上，可以承受一定的载荷，具有固定整个月球空间探测系统的功能；
所述地基-空间站缆绳(108)是一根外部喷涂了防护涂料具有超高强度的编织绳，该编织绳的编织材料为具有超高强度极限的纳米材料，该纳米材料可以为碳纳米管、柴隆纤维或其它相似材料，喷涂的防护涂料具有抵抗空间辐射与微流星撞击的功能；
所述空间站(104)是由整体框架(204)、太阳能电池板(201)、空间实验室(203)和生命维持系统(202)组成；它们相互之间的关系是：该太阳能电池板(201)位于整体框架(204)外侧并与整体框架(204)固连，该空间实验室(203)与生命维持系统(202)位于整体框架(204)内部并且相互连通，其中生命维持系统(202)位于空间实验室(203)上方；
该整体框架(204)的结构是薄壁刚性密封的立方体结构；它是整个空间站的支撑结构，具有抵抗空间辐射与微流星撞击、保护内部系统的功能，并且可以与地基-空间站缆绳(108)和配重-空间站缆绳(107)相互连接；
该太阳能电池板(201)的结构是由太阳能电池贴片组成的薄板结构；它具有为生命维持系统(202)和空间实验室(203)提供能源的功能；
该空间实验室(203)是一个可储存物品、进行实验的实验台；它具有储存活动探测器(103)、将活动探测器(103)与固定探测器(102)返回的探测数据及样本进行试验与分析的功能；
该生命维持系统(202)是一个可提供水、氧气等生命必需品的设备；它具有为空间站工作人员提供必要的生存条件的功能；
所述空间站-配重缆绳(107)和上述的地基-空间站缆绳(108)的结构材料相同；
所述配重(106)是一个用于保持系统平衡的质量块，配重的形成方式可以为月面材料收集、空间碎片聚集或其它具有相似效果的方式；
所述维护攀爬器(105)是一个可携带缆绳维护设备并具有攀爬功能攀爬车；它可以沿地基-空间站缆绳(108)或者配重-空间站缆绳(107)进行攀爬，具有缆绳维护以及系统安全性监测的功能；
所述固定探测器(102)是一个具有空间环境探测功能的设备；它具有探测固定高度上月球磁场以及空间环境的功能，不干涉维护攀爬器(105)沿缆绳的攀爬运动；
所述活动探测器(103)是一个可携带探测设备并具有攀爬功能攀爬车；它存储于空间站(104)中，具有沿地基-空间站缆绳(108)攀爬以及下降到月面上进行探测，进行月面采样返回的功能。
本发明的优点在于：
1、本发明可以完成大规模月面以及近月空间的探测任务以及实现长期的月球空间环境监测，具有广泛的应用前景；
2、本发明除可以实现月球探测外还可以作为其它深空探测的中转站，为其他探测任务提供中转平台。
附图说明
图1为本发明整体结构图。
图2为本发明所述空间站内部构造概念图。
图3为空间站-配重缆绳和地基-空间站缆绳结构剖面图。
图4为本发明进行月面采样返回任务示意图。
图中标号说明如下：
101.地基；102.固定探测器；103.活动探测器；104.空间站；105.维护攀爬器；106.配重；107.空间站-配重缆绳；108.地基-空间站缆绳；
201.太阳能电池板；202.生命维持系统；203.空间实验室；204.整体框架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：
实施例：月面采样返回任务
月面采样返回任务实施过程可见附图4。本发明是一种基于月球天梯原理的大规模月球空间探测系统，整体结构如附图1所示，是由地基101、地基-空间站缆绳108、空间站104、配重-空间站缆绳107、配重106、维护攀爬器105、固定探测器102、活动探测器103组成；它们相互之间的关系是地基101底端建立在月球表面上，地基-空间站缆绳108位于地基101上方并且底端与地基101顶端相连，空间站104位于地基-空间站缆绳108上方并且底端与地基-空间站缆绳108顶端相连，配重-空间站缆绳107位于空间站104上方并且底端与空间站104顶端相连，配重106位于配重-空间站缆绳107上方并且底端与配重-空间站缆绳107顶端相连，维护攀爬器105安装在地基-空间站缆绳108或者配重-空间站缆绳107上，固定探测器102分散固定在地基-空间站缆绳108和配重-空间站缆绳107上，活动探测器103位于空间站104内部；
所述地基101的结构是一个与月球表面固连的刚性结构体；它建立在月球表面上，可以承受一定的载荷，具有固定整个月球空间探测系统的功能；
所述配重-空间站缆绳107和地基-空间站缆绳108是一根外部喷涂了防护涂料具有超高强度的编织绳，剖面结构如附图3所示；该编织材料为具有超高强度极限的纳米材料，在本实施例中采用碳纳米管，喷涂的防护涂料具有抵抗空间辐射与微流星撞击的功能；
所述空间站104构造如附图2所示，是由整体框架204、太阳能电池板201、空间实验室203、生命维持系统202组成；它们相互之间的关系是太阳能电池板201位于整体框架204外侧并与整体框架204固连，空间实验室203与生命维持系统202位于整体框架204内部并且相互连通，其中生命维持系统202位于空间实验室203上方；
该整体框架204的结构是薄壁刚性密封的立方体结构；它是整个空间站104的支撑结构，具有抵抗空间辐射与微流星撞击、保护内部系统的功能，并且可以与地基-空间站缆绳108和配重-空间站缆绳107相互连接；
该太阳能电池板201的结构是由太阳能电池贴片组成的薄板结构；它具有为生命维持系统202、空间实验室203提供能源的功能；
该空间实验室203是一个可储存物品、进行实验的实验台；它具有储存活动探测器103、将活动探测器103与固定探测器102返回的探测数据及样本进行试验与分析的功能；
该生命维持系统202是一个可提供水、氧气等生命必需品的设备；它具有为空间站工作人员提供必要的生存条件的功能；
所述空间站-配重缆绳107和地基-空间站缆绳108，它们是一根外部喷涂了防护涂料具有超高强度的编织绳，剖面结构如附图3所示，编织材料为具有超高强度极限的纳米材料，在本实施例中采用碳纳米管，喷涂的防护涂料具有抵抗空间辐射与微流星撞击的功能；
所述配重106是一个用于保持系统平衡的质量块，配重的形成方式可以为月面材料收集、空间碎片聚集或其它具有相似效果的方式；
所述维护攀爬器105是一个可携带缆绳维护设备并具有攀爬功能攀爬车；它可以沿地基-空间站缆绳108或者配重-空间站缆绳107进行攀爬，具有缆绳维护以及系统安全性监测的功能；
所述固定探测器102是一个具有空间环境探测功能的设备；它具有探测固定高度上月球磁场以及空间环境的功能，不干涉维护攀爬器105沿缆绳的攀爬运动；
所述活动探测器103是一个可携带探测设备并具有攀爬功能攀爬车；它存储于空间站104中，具有沿地基-空间站缆绳108攀爬以及下降到月面上进行探测，进行月面采样返回的功能。
在进行月面采样返回任务时首先将活动探测器103由空间站104内部沿地基-空间站缆绳108依次等间距下放，下放到地基-空间站缆绳108上的活动探测器103保持等间距匀速向月面下降，活动探测器103下放期间与固定探测器102、维护攀爬器105互不干涉，固定探测器102与维护攀爬器105仍可正常进行探测维护任务。当活动探测器103到达月面时便开始各自独立的进行月面采样，当所有活动探测器103均完成月面采样后，活动探测器103依次返回到缆绳上并沿缆绳等间距匀速上爬，活动探测器103上爬期间与固定探测器102、维护攀爬器105互不干涉，固定探测器102与维护攀爬器105仍可正常进行探测维护任务。当活动探测器103到达空间站104时取出采集的月面样本并停止工作储存在空间站104内。
本实施例是适用本发明的一个较好的实例，但并不局限于此，本领域其它技术人员可根据本发明所述结构做出不同引申和变化，但只要不脱离本发明所述之发明主旨，都在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于月球天梯原理的月球空间探测系统，其特征在于：它是由地基(101)、地基-空间站缆绳(108)、空间站(104)、配重-空间站缆绳(107)、配重(106)、维护攀爬器(105)、固定探测器(102)、活动探测器(103)组成；它们相互之间的关系是地基(101)底端建立在月球表面上，地基-空间站缆绳(108)位于地基(101)上方并且底端与地基(101)顶端相连，空间站(104)位于地基-空间站缆绳(108)上方并且底端与地基-空间站缆绳(108)顶端相连，配重-空间站缆绳(107)位于空间站(104)上方并且底端与空间站(104)顶端相连，配重(106)位于配重-空间站缆绳(107)上方并且底端与配重-空间站缆绳(107)顶端相连，维护攀爬器(105)安装在地基-空间站缆绳(108)或者配重-空间站缆绳(107)上，固定探测器(102)分散固定在地基-空间站缆绳(108)和配重-空间站缆绳(107)上，活动探测器(103)位于空间站(104)内部；
所述地基(101)的结构是一个与月球表面固连的刚性结构体；它建立在月球表面上，能承受一预定的载荷，具有固定整个月球空间探测系统的功能；
所述地基-空间站缆绳(108)是一根外部喷涂了防护涂料具有超高强度的编织绳，该编织绳的编织材料为具有超高强度极限的纳米材料，喷涂的防护涂料具有抵抗空间辐射与微流星撞击的功能；
所述空间站(104)是由整体框架(204)、太阳能电池板(201)、空间实验室(203)和生命维持系统(202)组成；该太阳能电池板(201)位于整体框架(204)外侧并与整体框架(204)固连，该空间实验室(203)与生命维持系统(202)位于整体框架(204)内部并且相互连通，其中生命维持系统(202)位于空间实验室(203)上方；
该整体框架(204)的结构是薄壁刚性密封的立方体结构；它是整个空间站的支撑结构，具有抵抗空间辐射与微流星撞击、保护内部系统的功能，并且能与地基-空间站缆绳(108)和配重-空间站缆绳(107)相互连接；
该太阳能电池板(201)的结构是由太阳能电池贴片组成的薄板结构；它具有为生命维持系统(202)和空间实验室(203)提供能源的功能；
该空间实验室(203)是一个能储存物品、进行实验的实验台；它具有储存活动探测器(103)、将活动探测器(103)与固定探测器(102)返回的探测数据及样本进行试验与分析的功能；
该生命维持系统(202)是一个能提供水和氧气的生命必需品设备；它具有为空间站工作人员提供必要的生存条件的功能；
所述配重-空间站缆绳(107)和上述的地基-空间站缆绳(108)的结构材料相同；
所述配重(106)是一个用于保持系统平衡的质量块，配重的形成方式为月面材料收集、空间碎片聚集及其它具有相似效果的方式中的一种；
所述维护攀爬器(105)是一个可携带缆绳维护设备并具有攀爬功能攀爬车；它能沿地基-空间站缆绳(108)及配重-空间站缆绳(107)进行攀爬，具有缆绳维护以及系统安全性监测的功能；
所述固定探测器(102)是一个具有空间环境探测功能的设备；它具有探测固定高度上月球磁场以及空间环境的功能，不干涉维护攀爬器(105)沿缆绳的攀爬运动；
所述活动探测器(103)是一个能携带探测设备并具有攀爬功能攀爬车；它存储于空间站(104)中，具有沿地基-空间站缆绳(108)攀爬以及下降到月面上进行探测，进行月面采样返回的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于月球天梯原理的月球空间探测系统，其特征在于：地基-空间站缆绳(108)是一根外部喷涂了防护涂料的编织绳，该编织绳的编织材料为纳米材料，该纳米材料为碳纳米管、柴隆纤维中的一种。
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