CN110450979A - 多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器 - Google Patents

多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，包括木星系探测器和行星穿越探测器，木星系探测器与行星穿越探测器通过器间连接解锁装置连接，木星系探测器采用太阳电池阵加蓄电池进行供电，行星穿越探测器采用放射性同位素热电式发电电源进行供电，木星系探测器与行星穿越探测器上分别设置有第一高增益天线和第二高增益天线，木星系探测器和行星穿越探测器相组合工作，能够完成地球至木星巡航飞行，抵达木星前完成器器分离，木星系探测器在器器分离后，抵达近木点时进行木星制动捕获点火，完成木星环绕探测，行星穿越探测器借力木星后继续飞行开展行星穿越探测。

Description

多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器
技术领域
本发明涉及深空探测器领域，具体地，涉及一种多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器。
背景技术
深空探测是指利用人造航天器对地球、月球以远的天体实施探测活动。相比于近地探测，深空探测任务具有任务体量大、技术难度相对高等特点。木星及以远行星(土星、天王星、海王星)为气态行星，其组分与太阳类似，且各自拥有数十颗卫星。其中，木星质量最大、体积最大、卫星数量也最多。开展木星及以远行星探测，兼具科学、技术、经济等多方面的重大意义。国际上已实施的木星及以远行星探测中，实现了木星飞越、环绕探测，土星飞越、环绕探测，以及天王星、海王星的飞越探测。
为实现木星及以远行星探测的任务体量、技术难度、科学成果、经济成本等综合最优，在该类任务实施中通常采用行星引力弹弓效应进行探测器速度调整，通过一个或者多个天体的引力提升探测器自己的速度，如伽利略木星探测采用金星-地球-地球借力的方式最终抵达木星。这将会导致探测器经历复杂的空间环境，比如金星处的高温、木星处的低温等。在探测器设计中需设计相应的技术防护措施。
由于木星及以远行星距离太阳距离远，在相应行星位置处对应的光照强度锐减，能源的选择是探测器设计需解决的重要技术问题。针对木星探测，在木星处的太阳辐射强度约50W/m2(地球处约1355W/m2)，尚可以采用太阳能。针对木星以远的行星探测，如果采用近地卫星使用的太阳能将会导致应用效能极低从未无法使用，正因如此放射性同位素热电式发电电源(Radioisotope Thermoelectric Generator，以下简称RTG)成为目前唯一可用的能源，但RTG能源成本较高且存在核污染的风险。
木星及以远行星距离地球距离远，木星距离地球约10亿公里，天王星距离地球约30亿公里，探测器需解决对地通信技术问题。
因此，有必要设计一种能够满足木星系及以远行星探测需求、通过一次发射实现木星系环绕探测、以远行星穿越探测的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器。
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多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器。
根据本发明提供的一种多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，包括木星系探测器和行星穿越探测器，所述木星系探测器与所述行星穿越探测器通过器间连接解锁装置连接，
所述木星系探测器上还设有电池，所述行星穿越探测器采用放射性同位素热电式发电电源进行供电，
所述木星系探测器设置有第一高增益天线、所述行星穿越探测器上设置有第二高增益天线，所述第一高增益天线包括第一高增益天线副反射面，所述第一高增益天线副反射面在两器组合状态下进行偏置放置并进行锁紧，在器器分离后完成副反射面解锁与展开，
所述木星系探测器和行星穿越探测器相组合工作，能够完成地球至木星巡航飞行，抵达木星前完成器器分离，
所述木星系探测器在器器分离后，抵达近木点时进行木星制动捕获点火，完成木星环绕探测，所述行星穿越探测器借力木星后继续飞行开展行星穿越探测。
进一步地，所述太阳电池阵对所述木星系探测器进行供电，所述太阳电池阵在发射时收拢，在器箭分离后展开，在进行金星借力前收拢，在借力完成后再次展开。
进一步地，所述太阳电池阵为三组，三组所述太阳电池阵均匀设置在所述木星系探测器外周。
进一步地，三组所述太阳电池阵均为可重复收展的太阳电池阵。
优选地，木星系探测器采用三翼太阳电池阵，以满足抵达木星后的能源需求。
进一步地，所述木星系探测器与所述行星穿越探测器之间还配置有供电接口和信息交互接口。
进一步地，器箭分离后至器器解锁分离之间的飞行过程中，木星系探测器、行星穿越探测器各自进行供配电、信息、热控状态管理，所述木星系探测器将其配电、信息、热控状态信息传递至行星穿越器，由行星穿越器传输至地面。
优选地，木星系探测器配置小口径天线，以应对器器分离后至高增益天线副反射面尚未展开时的对地通信。
优选地，木星系探测器配置大推力轨控发动机以实现巡航轨道调整、木星捕获制动、环绕木星轨道调整等。行星穿越探测器配置姿控发动机。
进一步地，所述第一高增益天线为4米口径高增益天线。
进一步地，所述第二高增益天线为3.5米口径高增益天线。
进一步地，所述器间连接解锁装置为四组，四组所述器间连接解锁装置均设置在所述木星系探测器的顶部和所述行星穿越探测器的底部所形成的空间内。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，根据木星系及以远行星探测需求，采用两器组合式探测器方案，实现一次发射完成木星系环绕探测、行星际穿越探测任务；
(2)本发明的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，采用太阳能进行木星系探测器供电、采用RTG能源进行行星穿越探测器供电，减少了RTG能源的使用，既保证了任务的科学产出、又降低了探测器研制的成本。
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为本发明的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器收拢状态图；
图2为本发明的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器展开状态图；
图3为本发明的器器解锁分离后木星系探测器示意图。
其中，图中对应的附图标记为：1-木星系探测器，2-行星穿越探测器，3-第二高增益天线，4-放射性同位素热电式发电电源(RTG电源)，5-第一高增益天线，6-太阳电池阵，7-器间连接解锁装置，8-第一高增益天线副反射面，9-轨控发动机。
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本发明实施例提供了一种多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，包括木星系探测器1和行星穿越探测器2，所述木星系探测器1与所述行星穿越探测器2通过器间连接解锁装置7连接，
所述木星系探测器1采用太阳电池阵6加蓄电池进行供电，所述行星穿越探测器2采用放射性同位素热电式发电电源4进行供电，
所述木星系探测器1设置有第一高增益天线5、所述行星穿越探测器2设置第二高增益天线3，所述第一高增益天线5包括第一高增益天线副反射面8，所述第二高增益天线副反射面8在两器组合状态下进行偏置放置并进行锁紧，在器器分离后完成副反射面解锁与展开，
所述木星系探测器1和行星穿越探测器2相组合工作，能够完成地球至木星巡航飞行，抵达木星前完成器器分离，
所述木星系探测器1在器器分离后，抵达近木点时进行木星制动捕获点火，完成木星环绕探测，所述行星穿越探测器2借力木星后继续飞行开展行星穿越探测。
所述太阳电池阵6对所述木星系探测器1进行供电，所述太阳电池阵6在发射时收拢，在器箭分离后展开，在进行金星借力前收拢，在借力完成后再次展开。
所述太阳电池阵6为三组，三组所述太阳电池阵6均匀设置在所述木星系探测器1外周。
三组所述太阳电池阵6均为可重复收展的太阳电池阵。
所述木星系探测器1与所述行星穿越探测器2之间还配置有供电接口和信息交互接口。
器箭分离后至器器解锁分离之间的飞行过程中，木星系探测器1、行星穿越探测器2各自进行供配电、信息、热控状态管理，所述木星系探测器1将其配电、信息、热控状态信息传递至行星穿越器，由行星穿越器传输至地面。
木星系探测器1配置轨控发动机9，所述轨控发动机9用于推动所述木星系探测器1，实现巡航轨道调整、木星捕获制动、环绕木星轨道调整。
所述第一高增益天线5为4米口径高增益天线。
所述第二高增益天线3为3.5米口径高增益天线。
所述器间连接解锁装置7为四组，四组所述器间连接解锁装置7均设置在所述木星系探测器1的顶部和所述行星穿越探测器2的底部所形成的空间内。
更为具体地，请参阅图1-3。
如图1-3所示，本发明多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，包括：木星系探测器1、行星穿越探测器2。木星系探测器1及行星穿越探测器2通过四组器间连接解锁装置7进行连接。
如图1-3所示，木星系探测器1采用太阳能供电，配置三组可重复收展的太阳电池阵6，发射时太阳电池阵6收拢，器箭分离后进行展开。如果采取金星借力，需在抵达金星前将太阳电池阵6进行收拢，以降低太阳直射带来的高电功率、高热环境风险。
如图1-2所示，行星穿越探测器2采用RTG能源进行供电，配置两组RTG电源4，可满足寿命末期200W的能源需求。
如图1-2所示，木星系探测器1配置四米口径高增益天线5、行星穿越探测器2配置三点五米口径高增益天线3。
如图1-2所示，木星系探测器1、行星穿越探测器2以组合状态下完成地球至木星的巡航飞行，组合状态下由行星穿越探测器2完成对地通信任务。
如图1-3所示，在器器组合状态下，木星系探测器1配置的四米口径高增益天线5的副反射面8，为了避让空间进行了偏置放置并进行锁紧；在器器分离后，副反射面8的锁紧装置完成解锁，在驱动机构的作用下副反射面8恢复到设计状态。
如图1-3所示，木星系探测器1配置大推力轨控发动机9以实现巡航轨道调整、木星捕获制动、环绕木星轨道调整等。
综上所述，本发明的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，能够根据木星系及以远行星探测需求，采用两器组合式探测器方案实现一次发射完成木星系环绕探测、行星际穿越探测任务；采用太阳能进行木星系探测器供电、采用RTG能源进行行星穿越探测器供电，减少了RTG能源的使用，既保证了任务的科学产出、又降低了探测器研制的成本。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，包括木星系探测器(1)和行星穿越探测器(2)，所述木星系探测器(1)与所述行星穿越探测器(2)通过器间连接解锁装置(7)连接，
所述木星系探测器(1)采用太阳电池阵(6)加蓄电池进行供电，所述行星穿越探测器(2)采用放射性同位素热电式发电电源(4)进行供电，
所述木星系探测器(1)设置有第一高增益天线(5)、所述行星穿越探测器(2)设置有第二高增益天线(3)，所述第一高增益天线(5)包括第一高增益天线副反射面(8)，所述第一高增益天线副反射面(8)在两器组合状态下进行偏置放置并进行锁紧，在器器分离后完成副反射面解锁与展开，
所述木星系探测器(1)和行星穿越探测器(2)相组合工作，能够完成地球至木星巡航飞行，抵达木星前完成器器分离，
所述木星系探测器(1)在器器分离后，抵达近木点时进行木星制动捕获点火，完成木星环绕探测，所述行星穿越探测器(2)借力木星后继续飞行开展行星穿越探测。
2.根据权利要求1所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述太阳电池阵(6)对所述木星系探测器(1)进行供电，所述太阳电池阵(6)在发射时收拢，在器箭分离后展开，在进行金星借力前收拢，在借力完成后再次展开。
3.根据权利要求2所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述太阳电池阵(6)为三组，三组所述太阳电池阵(6)均匀设置在所述木星系探测器(1)外周。
4.根据权利要求3所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，三组所述太阳电池阵(6)均为可重复收展的太阳电池阵电池。
5.根据权利要求1所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述木星系探测器(1)与所述行星穿越探测器(2)之间还配置有供电接口和信息交互接口。
6.根据权利要求5所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，器箭分离后至器器解锁分离之间的飞行过程中，木星系探测器(1)、行星穿越探测器(2)各自进行供配电、信息、热控状态管理，所述木星系探测器(1)将其配电、信息、热控状态信息传递至行星穿越器，由行星穿越器传输至地面。
7.根据权利要求6所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，木星系探测器(1)配置轨控发动机(9)，所述轨控发动机(9)用于推动所述木星系探测器(1)，实现巡航轨道调整、木星捕获制动、环绕木星轨道调整。
8.根据权利要求1所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述第一高增益天线(5)为4米口径高增益天线。
9.根据权利要求8所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述第二高增益天线(3)为3.5米口径高增益天线。
10.根据权利要求1所述的多能源多器组合式木星系及行星穿越探测器，其特征在于，所述器间连接解锁装置(7)为四组，四组所述器间连接解锁装置(7)均设置在所述木星系探测器(1)的顶部和所述行星穿越探测器(2)的底部所形成的空间内。
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