CN111731510B - 适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于深空探测技术领域，具体涉及一种适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，旨在解决现有技术中地外天体探测器着陆探测失败时无法获得数据的问题。本发明提供了一种适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其能够获取地外天体探测器着陆探测时关键数据，能够稳定记录并发射回传至中继通讯卫星等飞行器，确保在着陆探测失败时仍能够得到关键的数据信息，以便于后续故障诊断和深空探测任务的针对性改进设计提供重要数据支撑和参考，本发明具有广泛的应用前景。

Description

适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，具体涉及一种适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统。

背景技术

地外天体探测具有环境恶劣且不确定性大、通信延时大等特点，因此地外天体的着陆探测，难度和风险极高。

现有技术中地外天体着陆探测任务若出现着陆失败，将无法得到任何着陆数据，不仅会造成巨大的经济和资源浪费，而且给故障分析和后续任务的改进设计造成极大的困难，严重阻碍地外天体探测任务的实施和相关技术的发展。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中地外天体探测器着陆探测失败时无法获得数据的问题。本发明提供了一种适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，包括与探测器连接且具有容纳空间的缓冲模块，以及设置于所述容纳空间内的有效载荷，所述有效载荷包括通信模块、数据管理模块、电源模块，所述数据管理模块分别与所述通信模块、所述电源模块通信连接；所述通信模块包括通信连接的第一通信模块和第二通信模块，所述第一通信模块与所述探测器通信连接，用于获取所述探测器发送的第一数据信号并储存；所述第二通信模块包括第一无线传输装置、第二无线传输装置，所述第一无线传输装置用于接收第二数据信号，并将所述第二数据信号发送至所述数据管理模块，所述数据管理模块基于所述第二数据信号通过所述电源模块控制所述第二无线传输装置的开关状态。

在一些优选技术方案中，所述第二无线传输装置包括通信连接的第一数据回传设备和第二数据回传设备；所述第一数据回传设备设置于所述容纳空间内部，所述第一数据回传设备用于发射所述第一数据信号；所述第二数据回传设备包括检测装置和多个全向天线球，多个所述全向天线球通过弹射装置均匀设置于所述缓冲模块周侧，所述弹射装置与所述检测装置通信连接，所述检测装置用于检测所述第一数据回传设备的工作状态，当所述第一数据回传设备故障时，所述弹射装置将多个所述全向天线球弹射至所述缓冲模块外部。

在一些优选技术方案中，所述电源模块包括第一电源装置，所述第一电源装置包括太阳能电池板机构，所述太阳能电池板机构包括折扇式连接的多个太阳能电池板，在动力装置的驱动下多个所述太阳能电池板能够绕中心轴旋转。

在一些优选技术方案中，所述第一电源装置还包括防尘机构，所述防尘机构包括旋转轴，所述旋转轴同轴设置于所述中心轴内部；所述防尘机构还包括设置于所述折扇式连接的多个太阳能板上方的第一防尘构件和第二防尘构件，所述第一防尘构件和所述第二防尘构件上固定有防尘膜，所述第一防尘构件具有第一连接段，所述第二防尘构件具有第二连接段，所述第一连接段、所述第二连接段依次套设于所述旋转轴；所述旋转轴可通过转动使所述第一防尘构件、所述第二防尘构件上下相互分开或相互叠合。

在一些优选技术方案中，所述旋转轴上设置有与所述第一连接段紧密配合的第一卡合部，以及与所述第二连接段间隙配合的第二卡合部，所述第一卡合部、所述第二卡合部沿所述旋转轴的轴向上下分布；所述第一卡合部的横截面积大于所述第二卡合部的横截面积。

在一些优选技术方案中，所述第一防尘构件还包括与所述第一连接段铰接的第一固定段，所述第二防尘构件还包括与所述第二连接段铰接的第二固定段，所述旋转轴可通过沿轴向移动，带动所述第一固定段绕其与所述第一连接段的铰接部旋转、所述第二固定段绕其与所述第二连接段的铰接部旋转。

在一些优选技术方案中，所述电源模块还包括第二电源装置，所述第二电源装置包括蓄电池。

在一些优选技术方案中，所述缓冲模块包括至少两层壳体，任意相邻的两个所述壳体之间填充有至少两种不同硬度的缓冲材料叠加构成的缓冲结构。

在一些优选技术方案中，所述全向天线球内部包括电源机构、检测机构及多个沿所述全向天线球的球面均匀分布的天线，所述检测机构用于检测所述全向天线球着陆后相对于着陆面的姿态，所述电源机构基于所述检测机构的检测数据为背离所述着陆面方向的所述天线供电。

在一些优选技术方案中，所述检测机构包括陀螺仪、重力传感器、红外传感器。

本发明的有益效果。

本发明的小型化数据记录与发射系统适用于地外天体着陆探测，其能够获取地外天体探测器着陆探测时关键数据，能够稳定记录并发射回传至中继通讯卫星等飞行器，确保在着陆探测失败时仍能够得到关键的数据信息，以便于后续故障诊断和深空探测任务的针对性改进设计提供重要数据支撑和参考，本发明具有广泛的应用前景。

本发明的缓冲模块保证本发明系统的构型，并为系统的有效载荷提供安装空间，承受各种载荷环境，实现系统内各部分的连接和分离。同时在探测器着陆失败的情况下，承受硬着陆所产生的巨大冲击过载，有效防止低频惯性挤压力、振动力对电子器件的损伤，确保系统有效载荷的正常工作。

本发明的通信模块设置为冗余通信设备，以提高本发明的安全性，增强数据回传力；电源模块同样采用双电源配置，高效利用地外天体的环境能源，为本发明系统供电；本发明小型化数据记录与发射系统合理分配电量，节约能源，安全可靠。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明一种实施例的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统整体结构示意图。

图2为本发明一种实施例中缓冲模块的缓冲结构示意图。

图3为本发明一种实施例中第二无线传输装置的示意图。

图4为本发明一种实施例中太阳能电池板机构的结构展开示意图一。

图5为本发明一种实施例中太阳能电池板机构的结构展开示意图二。

图6为本发明一种实施例中旋转轴的结构示意图。

图7为本发明一种实施例中防尘构件的结构示意图一。

图8为本发明一种实施例中防尘构件的结构示意图二。

图9为本发明一种实施例中第一电源装置的分解结构示意图。

附图标记列表：1-第一缓冲部，2-第二缓冲部，3-太阳能电池板，4-中心轴，5-旋转轴，6-第一卡合部，7-第二卡合部，8-第一防尘构件，9-第一连接段，10-第一固定段，11-第二防尘构件，12-第二连接段，13-第二固定段。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统包括与探测器连接且具有容纳空间的缓冲模块，以及设置于所述容纳空间内的有效载荷，所述有效载荷包括通信模块、数据管理模块、电源模块，所述数据管理模块分别与所述通信模块、所述电源模块通信连接；所述通信模块包括通信连接的第一通信模块和第二通信模块，所述第一通信模块与所述探测器通信连接，用于获取所述探测器发送的第一数据信号并储存；所述第二通信模块包括第一无线传输装置、第二无线传输装置，所述第一无线传输装置用于接收第二数据信号，并将所述第二数据信号发送至所述数据管理模块，所述数据管理模块基于所述第二数据信号通过所述电源模块控制所述第二无线传输装置的开关状态。

为了更清晰地对本发明应用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统进行说明，下面结合附图1-9对本发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统适用于地外天体，例如火星。本发明的小型化数据记录与发射系统包括与探测器连接且具有容纳空间的缓冲模块，以及设置于该容纳空间内的有效载荷，缓冲模块用于支承并固定有效载荷使其与有效载荷构成一个整体的小型化数据记录与发射系统，以承受探测器运载发射和空间运行时的各种力学环境以及空间环境。在本发明的优选实施例中，缓冲模块采用“笼屉式”隔离舱和多层复合形成的阶梯式缓冲结构，从而能够有效防止低频惯性挤压力、振动力对有效载荷的损伤。本发明的缓冲模块能够保证在探测器在着陆失败与天体撞击或偏离航线着陆后仍能保证小型化数据记录与发射系统内部有效载荷的正常工作。

进一步地，本发明的缓冲模块包括至少两层壳体，任意相邻的两个所述壳体之间填充有至少两种缓冲材料叠加构成的缓冲结构，有效载荷由缓冲结构包覆设置于壳体内部，即壳体-缓冲结构-壳体-缓冲结构-有效载荷。在本发明的优选实施例中，本发明的缓冲结构如图所示，由第一缓冲材料、第二缓冲材料折叠后叠加在一起构成，第二缓冲材料的硬度高于第一缓冲材料的硬度。参阅附图，第一缓冲材料折叠形成第一缓冲部1，第二缓冲材料折叠后形成第二缓冲部2，第一缓冲部1的高度高于第二缓冲部2的高度，第一缓冲部1用于与壳体或有效载荷接触；第一缓冲部1和第二缓冲部2紧密配合构成缓冲组，若干个缓冲组均匀分布于本发明壳体内部用于缓冲、减震，以保护有效载荷。当本发明着陆时，缓冲结构的第一缓冲部1受到壳体或有效载荷的压力，使其向下挤压，此时缓冲结构的第一缓冲部1为第一级减震防护，当第一缓冲部1挤压到与第二缓冲部2的高度相同时，此时挤压后的第一缓冲部1与第二缓冲部2共同紧密配合以保护壳体或有效载荷，此时为第二级减震防护，消除本发明有效载荷受到的力，以减少有效载荷的损坏。需要说明的是，本发明的示意图中壳体为方形结构，本领域技术人员可根据实际情况随意设置其结构，缓冲材料沿其结构均匀设置，例如将壳体设置为胶囊体、圆柱体等结构。

两层壳体中，外壳体的主要作用是在探测器或者其它着陆器着陆故障时确保壳体不发生断裂，从而保护内壳体以及本发明系统内部的有效载荷。当本发明系统搭载探测器使用时，外壳体可采用类似漏斗结构,在保证抗过载能力达到要求的前提下，尽可能的减少壳体重量；内壳体可采用圆柱形结构设计，确保有足够的空间安装有效载荷，并使用缓冲结构填充壳体剩余空腔，用于保护内部所有有效载荷；内壳体上盖采用U形结构，与内壳体之间采用螺纹连接，既保证足够的螺纹连接，同时减少结构重量。

进一步地，由于第一缓冲材料和第二缓冲材料为折叠设置，其能够在同样地空间内增大缓冲材料的使用量，既增大了缓冲效果，又提高了有效载荷的防护层级，保证有效载荷的安全性和稳定性。

在本发明的优选实施例中，本发明的有效载荷主要包括通信模块、数据管理模块、电源模块，其中，数据管理模块分别与通信模块、电源模块通信连接；电源模块用于为数据管理模块及通信模块供电；需要说明的是，本发明的有效载荷还包括热控制系统等飞行器常用系统，对于热控制系统等飞行器常用系统、装置的说明不在本发明的描述范围内。

在本发明的优选实施例中，本发明系统中有效载荷录入通信模块、数据管理模块、电源模块等模块的外表面均设置有上述两种缓冲材料叠加构成的缓冲结构，缓冲结构质量轻，减振防护的同时还能够限位，保证本发明有效载荷在探测器着陆失败时受到冲击力而不会发生位置移动。

进一步地，通信模块包括第一通信模块和第二通信模块，第一通信模块和第二通信模块彼此通信连接，具体地，第一通信模块与所述探测器通信连接，用于获取探测器发送的第一数据信号并储存；在本发明的优选实施例中，第一数据为探测器的遥测数据、着陆数据，着陆数据包括探测器在着陆过程中的数据，例如探测器随目标着陆距离的变化而相应地轨道、速度、加速度、角度、姿态、控制信号等数据。遥测数据、着陆数据是本领域技术人员在深空探测中需要的重要数据，其包括多种数据，在此不再一一列举。在本发明的优选实施例中，第一通信模块为按照与探测器微波通信的组网协议进行wifi无线通信。在探测器着陆过程中，第一通信模块根据指令要求接收探测器微波通信终端发射的第一数据信号并存储，第二通信模块采用特高频（UHF）通信方式进行通讯回传第一数据信号。

进一步地，在这种实施例中，第一通信模块安装在缓冲模块的内壳体中，并使用灌封胶固定，内壳体与外壳体之间均增加缓冲层，用于减少应力波传递，增加缓冲行程，从而减少瞬时过载和平均过载。为防止第一通信模块受到反向作用力从壳体中脱离，一方面采用压环固定天线，同时在壳体中增加凹型槽，通过弯曲设置的凹型槽增加表面积，提高摩擦力。

进一步地，第二通信模块包括第一无线传输装置、第二无线传输装置，其中第一无线传输装置为常开状态，其用于接收第二数据信号，第一无线传输装置在接收到第二数据信号后将第二数据信号发送至数据管理模块，数据管理模块基于第二数据信号通过电源模块控制第二无线传输装置的休眠和工作状态，即开关状态。本发明中的第二数据信号为轨道器、环绕器、中继通讯卫星等外部飞行器发出的数据信号；当探测器着陆失败时，外部飞行器发出该信号用于搜索探测器的搜寻信号或发出包含固定数据码脉冲信号，为方便描述，本发明中将其记载为第二数据信号，第一无线传输装置在接收到第二数据信号后，将第二数据信号传输给数据管理模块，数据管理模块基于第二数据信号进行分析，以确认通信链路建立，并生成第二无线传输装置的控制信号，即打开第二无线传输装置的开关，使其能够将探测器的着陆数据即第一数据信号回传至环绕器等外部飞行器。当小型化数据记录与发射系统和环绕器不可见时，第二无线传输装置再次进入休眠状态。

环绕器能够按照固定程序向小型化数据记录与发射系统发送包含固定数据码脉冲信号，当第一无线传输装置连续接收到若干环绕器发送的固定数据码信号后，确认通信链路建立，第二无线传输装置唤醒开机，将第一数据信号回传至环绕器。当小型化数据记录与发射系统和环绕器不可见时，第二无线传输装置再次进入休眠状态。

进一步地，本发明的数据管理模块作为本发明小型化数据记录与发射系统的数据管理控制平台，主要完成能源分配、数据管理、信息处理等功能。传感器采用MEMS技术实现一体化设计，数据管理模块还包括低功率芯片，其配置为基于可见弧段合理分配功率放大器开关机时间，优化开关机控制策略。即当第一无线传输装置失效无法接受外部飞行器的信号后，此时数据管理模块还可以通过芯片合理分配功率放大器的开关机时间、合理分配第二无线传输装置的开关机时间以耗费最小的电量接收外部飞行器的信号。本发明的数据管理模块基于单板式设计思想，以微处理器和Field Programmable Gate Array简称FPGA为核心，构成一个精简的嵌入式计算机系统，根据小型化数据记录与发射系统中传感器信息对小型化数据记录与发射系统进行自主管理；对接收到的指令进行解析并执行；对着陆过程关键遥测数据进行存储和发射。上述指令包括与本发明系统连接的着陆探测器的指令或环绕器等飞行器的指令。

在本发明的一些优选实施例中，参阅附图，第二无线传输装置包括第一数据回传设备和第二数据回传设备，第一数据回传设备和第二数据回传设备彼此通信连接；其中，第一数据回传设备设置于缓冲模块的容纳空间内部，即壳体内部。第一数据回传设备用于在第二无线传输装置开机后发射第一数据信号。第一数据回传设备和第二数据回传设备均采用数据压缩、抗干扰和相干接收等技术，保证信号有效传输。

第二数据回传设备包括检测装置、弹射装置以及多个全向天线球，多个全向天线球通过弹射装置均匀设置于缓冲模块的壳体周侧，弹射装置的控制端与检测装置通信连接，检测装置用于检测第一数据回传设备的工作状态，当第一数据回传设备故障时，弹射装置将多个全向天线球弹射至缓冲模块的壳体外部。多个全向天线球沿缓冲模块的周侧均匀分布，发射后多个全向天线球能够共同构成拟合形状的天线网，使得本发明的第一数据信号能够更好的回传至飞行器。

具体而言，弹射装置可以为液压驱动机械分离式液压弹射器。或者，在一些优选实施例中，缓冲模块外壳体包含多个沿其轴向均匀设置的空间，并包括沿外壳体径向方向设置的第一装配部，第一装配部设有第一通孔，第一通孔连通上述内部空间；弹射装置设置于该内部空间，弹射装置包括弹射杆及驱动组件，驱动组件与检测装置通信连接，弹射杆穿设于第一装配部的第一通孔，当驱动组件未被驱动时，弹射杆的顶端位于第一位置，当驱动组件被驱动时，弹射杆的顶端被驱动组件弹射至第二位置；当第一装配部插接全向天线球，且驱动组件接收到检测装置的信号后，驱动组件被驱动时，弹射杆的顶端弹射至第二位置从而将全向天线球从第一装配部上弹射分离。

进一步地，本发明的全向天线球内部设置有电源机构、检测机构及若干个沿全向天线球的球面均匀分布的独立天线单元，其中，检测机构用于检测全向天线球着陆后相对于着陆面的姿态，电源机构基于检测机构的检测数据为背离着陆面方向的天线单元供电，具体地，检测机构包括陀螺仪、重力传感器、红外传感器。本领域技术人员可以理解的是，若干个沿全向天线球的球面均匀分布的天线单元可相互独立控制，例如，当全向天线球落到地外天体后，检测机构能够检测到全向天线着陆面的部分天线被压住，无法发射数据信号，因此无需对着陆面被压住的部分天线供电，检测机构将检测到的全向天线球的天线姿态、方位等信号传输给电源机构，即电源机构只需对背离着陆面能够成功发射数据信号的若干个天线供电即可，以便于合理分配电量，使得全向天线球的传输时间更长。

优选地，本发明的全向天线球外表面覆盖有防护壳，所述防护壳内部设置有若干个沿全向天线球球体结构表面分布的弹性构件，全向天线球通过弹性构件与防护壳连接。弹性构件能够对全向天线球在着陆时进行落地保护，位于全向天线球着陆面的若干个弹性构件能够吸收全向天线球与着陆面接触时产生的挤压力，并减少全向天线球的损坏，背离全向天线球着陆面的弹性构件能够限制全向天线球相对于防护壳内部的位移，减少全向天线球的振动，降低振动力。

同时，在本发明的优选实施例中，弹性构件优选为碟簧组，碟簧组内部的空心结构能够使得其内表面反射设置其内部天线单元的全无线电波，加强了天线单元发射和接受信号的能力，其原本发射360度的球面波，在其上增设弹性构件后就能将信号向180度集中，加强了其内部天线单元的信号强度，即增强本发明全向天线球的通信能力。

在本发明的另一些优选实施例中，电源模块包括第一电源装置和第二电源装置，其中，第一电源装置包括太阳能电池板机构和防尘机构，第一电源装置为可伸缩装置，其可伸出缓冲模块上方，将太阳能转化为电能为本发明的系统供电；第二电源装置包括蓄电池，其设置于缓冲结构内部，与第一电源装置电性连接，同时能够为本发明的数据管理模块和通信模块供电。具体地，附图示意了第一电源装置的结构示意图，其包括折扇式连接的多个太阳能电池板3，在动力装置的驱动下多个太阳能电池板能够绕中心轴旋转。折扇式连接的多个太阳能板3的旋转轴为中心轴4。进一步地，本发明附图示意的优选实施例中，多个太阳能板3旋转后位于同一平面；在本发明的另一些优选实施例中，多个太阳能板3旋转后形成阶梯螺旋式，首端的太阳能板3和末端的太阳能板3不在同一平面。通过这样的设置同样能够使得第一电源装置吸收太阳能为本发明系统供电。

在本发明的优选实施例中，中心轴4为空心轴，空心轴内设置有可伸缩的防尘机构。防尘机构包括旋转轴5，旋转轴5同轴设置于中心轴4的内部；防尘机构还包括设置于折扇式连接的多个太阳能板3上方的第一防尘构件8和第二防尘构件11，第一防尘构件8和第二防尘构件11上固定有防尘膜，第一防尘构件8具有第一连接段9，第二防尘构件11具有第二连接段12，第一连接段9、第二连接段12依次套设于旋转轴5；旋转轴可通过转动使第一防尘构件8、第二防尘构件11上下相互分开或相互叠合。

参阅附图，本发明的旋转轴上设置有与所述第一连接段9紧密配合的第一卡合部6，以及与第二连接段12间隙配合的第二卡合部7，第一卡合部6、第二卡合部7沿旋转轴5的轴向上下分布；在本发明的优选实施例中，第一卡合部6的横截面积大于第二卡合部7的横截面积。

在本发明的一些优选实施例中，第一连接段9设置有异形孔，第一卡合部6包括与第一连接段9紧密配合的至少两个作用面，具体地，在本发明的一些优选实施例中，上述作用面包括分别为沿旋转轴连接并互为一定角度的第一作用面、第二作用面，异形孔能够同时与第一作用面和第二作用面配合，旋转轴绕自身轴向旋转时，第一连接端9的异形孔能够在两个作用面的作用下同步旋转。在本发明附图示意的实施例中，作用面为三个，三个作用面分别沿旋转轴连接并封闭，且三个作用面彼此互为一定角度，异形孔同时与三个作用面配合，旋转轴绕自身轴向旋转时，第一连接端9的异形孔能够在三个作用面的作用下同步旋转。在本发明的另一些优选实施例中，第一卡合部6包括与第一连接段9紧密配合的四个作用面，例如四边形，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设置第一卡合部的结构，只要能够使得第一卡合部6的横截面积大于第二卡合部7的横截面积即可，第一卡合部6的横截面积大于第二卡合部的横截面积能够保证第一卡合部的受力强度。

进一步地，在本发明的优选实施例中，第一卡合部的横截面的中心设置于旋转轴的轴线上；第一卡合部的横截面积为旋转轴横截面的内切三角形，该三角形为等边三角形其能够保证旋转轴与第一连接端紧密配合的应力强度最大，且均匀受力。

参阅附图，本发明的旋转轴5为圆柱体，第一卡合部6的横截面结构优选为三角形，第二卡合部7的横截面为圆形，第二卡合部7与第二连接段12间隙配合，即旋转轴5旋转时，第二连接段不会带动第二防尘构件旋转；第一卡合部6与第一连接段11紧密配合，即旋转轴5旋转时，第一连接段会带动第一防尘构件随旋转轴5同步旋转，通过这样的方式，旋转轴5可通过转动使第一防尘构件8、第二防尘构件11上下相互分开或相互叠合以打开或叠合防尘膜。需要说明的是，第一防尘构件和第二防尘构件在打开状态下均设置于太阳能电池板3的上方，以避免其长时间裸露在外而表面附着灰尘，降低灰尘的附着速度，降低太阳能电池板的清理频率，提高太阳能电池板的使用寿命，增强太阳能的转化效率，保证发电率。

进一步地，第一防尘构件8还包括与第一连接段9铰接的第一固定段10，第二防尘构件11还包括与第二连接段12铰接的第二固定段13，旋转轴5可通过沿轴向移动，带动第一固定段10绕其与第一连接段9的铰接部旋转、第二固定段12绕其与第二连接段12的铰接部旋转。常规状态下，防尘构件的连接段能够绕旋转轴0~360°旋转，固定段能够绕连接段0~180°旋转。在本发明的另一些优选实施例中，折扇式连接的多个太阳能电池板3旋转打开后为阶梯式螺旋状，此时由于固定段与连接段为铰接，因此防尘构件上的防尘膜同样能够伴随着太阳能电池板机构的形状改变，覆盖在阶梯式螺旋状的太阳能电池板机构上方。

参阅附图，由于旋转轴5设置于中心轴4的内部，当防尘膜已经覆盖于太阳能电池板上时，旋转轴5沿其自身轴向向下移动，由于中心轴4的开口限位，使得第一固定段10、第二固定段13分别绕其与第一连接段9、第二连接段12的铰接部被动旋转，以使得呈现图8所示的状态，此时，防尘膜上的灰尘可回落至中心轴4的内部，中心轴4内部设置有灰尘回收装置，灰尘回收装置包括下端封闭上端开口的环形筒，环形筒与中心轴同轴心设置。其可储存灰尘便于科研人员带回地球进行试验。可以理解的是，旋转轴5的外径与中心轴4的内径间隙配合，综上，本领域技术人员可以理解的是，旋转轴5沿其自身轴向上下移动即可打开或收缩第一防尘构件和第二防尘构件，旋转轴5沿其自身轴向旋转即可打开或叠合防尘膜。进一步地，本领域技术人员可将太阳能电池板倾斜设置，即靠近中心轴的一端位于高处，同时在第一固定段、第二固定段上沿长度方向设置轨道，并在第一固定段、第二固定段的铰接段设置卡合部，通过这样的设置其能够使得中心轴长度不够时，第一固定段和第二固定段在竖直状态下能够下落收回至中心轴内部；当旋转轴5上升使得第一固定构件和第二固定构件伸出于太阳能电池板上方布置防尘膜时，由于太阳能电池板倾斜设置，因此第一固定段、第二固定段能够自动下落，使得卡合部与第一连接段、第二连接段卡合。在本发明的另一组实施例中，第一固定段和第二固定段为折叠可伸缩构件。可以理解的是，本发明的防尘机构还包括驱动装置，驱动装置的输出轴与旋转轴5连接，其能够驱动旋转轴5沿自身轴向旋转或移动，具体地，驱动装置的结构不在本发明的描述范围内，本领域技术人员可采用公知技术进行。

在一些优选实施例中，本发明的第二电源装置包括控制电路，该控制电路具有内外电转换执行功能，可实现探测器对小型化数据记录与发射系统供电和小型化数据记录与发射系统内部供电等不同供电情况的切换，第二电源装置还包括锂电池和氧化银电池。当探测器正常着陆且小型化数据记录与发射系统与探测器连接时，由探测器提供输入电压对小型化数据记录与发射系统进行供电；当探测器着陆失败时，探测器无法为小型化数据记录与发射系统，此时由系统内部电源模块进行供电，如果锂电池供电电压高于氧化银电池供电电压时，由锂电池对小型化数据记录与发射系统进行供电，如果锂电池供电电压低于氧化银电池供电电压时，则由氧化银电池对小型化数据记录与发射系统进行供电。锂电池和氧化银电池均采用双备份设计，从而提高小型化数据记录与发射系统供电可靠性。

本发明的小型化数据记录与发射系统能够在巡航阶段随探测器定期开机自检，并向探测器发送自检数据；在下降着陆阶段能够在开机后通过无线通信方式与探测器通信，接收探测器发出的关键遥测数据并存储；在正常着陆情况下，由探测器供电，该系统可作为备份UHF通信向环绕器等飞行器发送数据信息；在探测器着陆时故障损坏状态下，本发明系统能够在硬着陆地外天体的情况下生存，并且具备与环绕器等飞行器通信的能力。本发明的小型化数据记录与发射系统采用高集成、小型化、低功耗设计，可灵活安装于着陆探测器上，保证在硬着陆等故障情况和正常着陆情况，都能够实现对整个着陆过程中的关键数据进行记录存储和发射，从而为工程任务实施提供重要的保证和数据参考。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点。

本发明的小型化数据记录与发射系统适用于地外天体着陆探测，其能够获取地外天体探测器着陆探测时关键数据，能够稳定记录并发射回传至中继通讯卫星等飞行器，确保在着陆探测失败时仍能够得到关键的数据信息，以便于后续故障诊断和深空探测任务的针对性改进设计提供重要数据支撑和参考，本发明具有广泛的应用前景。

本发明的缓冲模块保证本发明系统的构型，并为系统的有效载荷提供安装空间，承受各种载荷环境，实现系统内各部分的连接和分离。同时在探测器着陆失败的情况下，承受硬着陆所产生的巨大冲击过载，有效防止低频惯性挤压力、振动力对电子器件的损伤，确保系统有效载荷的正常工作。

本发明的通信模块设置为冗余通信设备，以提高本发明的安全性，增强数据回传力；电源模块同样采用双电源配置，高效利用地外天体的环境能源，为本发明系统供电；本发明小型化数据记录与发射系统合理分配电量，节约能源，安全可靠。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，该系统包括与探测器连接且具有容纳空间的缓冲模块，以及设置于所述容纳空间内的有效载荷，所述有效载荷包括通信模块、数据管理模块和电源模块，所述数据管理模块分别与所述通信模块、所述电源模块通信连接；所述通信模块包括通信连接的第一通信模块和第二通信模块，所述第一通信模块与探测器通信连接，用于获取探测器发送的第一数据信号并储存；所述第二通信模块包括第一无线传输装置和第二无线传输装置，所述第一无线传输装置用于接收第二数据信号，并将所述第二数据信号发送至所述数据管理模块，所述数据管理模块基于所述第二数据信号通过所述电源模块控制所述第二无线传输装置的开关状态；所述第二无线传输装置用于将所述第一数据信号发送至外部飞行器，所述第二无线传输装置包括通信连接的第一数据回传设备和第二数据回传设备；所述第一数据回传设备设置于所述容纳空间内部，所述第一数据回传设备用于发射所述第一数据信号；所述第二数据回传设备包括检测装置和多个全向天线球，多个所述全向天线球通过弹射装置均匀设置于所述缓冲模块周侧；所述弹射装置与所述检测装置通信连接；所述检测装置用于检测所述第一数据回传设备的工作状态，当所述第一数据回传设备故障时，所述弹射装置将多个所述全向天线球弹射至所述缓冲模块外部，所述全向天线球用于发射所述第一数据信号；外部飞行器能够发出用于搜索探测器的所述第二数据信号并接收所述第一数据信号，当所述第一无线传输装置接收到所述第二数据信号后，所述数据管理模块控制所述第二无线传输装置开启，以使得所述第二无线传输装置将所述第一数据信号回传至外部飞行器。

2.根据权利要求1所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述电源模块包括第一电源装置，所述第一电源装置包括太阳能电池板机构；所述太阳能电池板机构包括折扇式连接的多个太阳能电池板，在动力装置的驱动下多个所述太阳能电池板能够绕中心轴旋转。

3.根据权利要求2所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述第一电源装置还包括防尘机构，所述防尘机构包括旋转轴，所述旋转轴同轴设置于所述中心轴内部；所述防尘机构还包括设置于所述折扇式连接的多个太阳能板上方的第一防尘构件和第二防尘构件，所述第一防尘构件和所述第二防尘构件上固定有防尘膜；所述第一防尘构件具有第一连接段，所述第二防尘构件具有第二连接段，所述第一连接段、所述第二连接段依次套设于所述旋转轴；所述旋转轴可通过转动使所述第一防尘构件、所述第二防尘构件上下相互分开或相互叠合。

4.根据权利要求3所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述旋转轴上设置有与所述第一连接段紧密配合的第一卡合部，以及与所述第二连接段间隙配合的第二卡合部，所述第一卡合部、所述第二卡合部沿所述旋转轴的轴向上下分布；所述第一卡合部的横截面积大于所述第二卡合部的横截面积。

5.根据权利要求4所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述第一防尘构件还包括与所述第一连接段铰接的第一固定段；所述第二防尘构件还包括与所述第二连接段铰接的第二固定段，所述旋转轴可通过沿轴向移动，带动所述第一固定段绕其与所述第一连接段的铰接部旋转、所述第二固定段绕其与所述第二连接段的铰接部旋转。

6.根据权利要求1所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述电源模块还包括第二电源装置，所述第二电源装置包括蓄电池。

7.根据权利要求1所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述缓冲模块包括至少两层壳体，任意相邻的两个所述壳体之间填充有至少两种不同硬度的缓冲材料叠加构成的缓冲结构。

8.根据权利要求1所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述全向天线球内部包括电源机构、检测机构及多个沿所述全向天线球的球面均匀分布的天线，所述检测机构用于检测所述全向天线球着陆后相对于着陆面的姿态，所述电源机构基于所述检测机构的检测数据为背离所述着陆面方向的所述天线供电。

9.根据权利要求8所述的适用于地外天体着陆探测的小型化数据记录与发射系统，其特征在于，所述检测机构包括陀螺仪、重力传感器和红外传感器。

Images