RU2618608C2 - Method and device for sampling material from astronomical object surface - Google Patents

Method and device for sampling material from astronomical object surface Download PDF

Info

Publication number
RU2618608C2
RU2618608C2 RU2015131464A RU2015131464A RU2618608C2 RU 2618608 C2 RU2618608 C2 RU 2618608C2 RU 2015131464 A RU2015131464 A RU 2015131464A RU 2015131464 A RU2015131464 A RU 2015131464A RU 2618608 C2 RU2618608 C2 RU 2618608C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
astronomical object
substance
electron beam
spacecraft
sampling
Prior art date
Application number
RU2015131464A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015131464A (en
Inventor
Олег Семёнович Цыганков
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" filed Critical Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва"
Priority to RU2015131464A priority Critical patent/RU2618608C2/en
Publication of RU2015131464A publication Critical patent/RU2015131464A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2618608C2 publication Critical patent/RU2618608C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • G01N1/2294Sampling soil gases or the like

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the active research of the astronomical object (AO), such as an asteroid or a comet. The method includes the AO subjecting the surface with the directed AO electron beam from the spacecraft hovering over the AO surface. The evaporation products of the AO soil are captured by the material collector (a substrate with the lens hood) mounted on the device in front of the electron beam source.
EFFECT: increasing reliability and safety of sampling materials from the AO surface.
2 cl; 1 dwg

Description

Изобретение относится к космическим технологиям, а именно к способам и средствам взятия проб вещества с поверхности астрономического объекта (АО), например астероида или кометы, что является ближнеперспективной задачей современной космонавтики.The invention relates to space technology, and in particular to methods and means of sampling matter from the surface of an astronomical object (AO), for example an asteroid or comet, which is a near-term task of modern astronautics.

Известен японский космический аппарат (КА) «Хаябуса» («Сокол»), целью создания и полета которого была доставка на Землю образца грунта с астероида «Итокава» [1]. Научная аппаратура «Хаябусы» включала: грунтозаборное устройство, многодиапазонную камеру для картографии и навигации, многолучевой инфракрасный лазерный дальномер, спектрометр ближнего инфракрасного диапазона для определения минерального состава поверхности, флуоресцентный рентгеновский спектрометр для изучения элементного состава поверхности. Забор грунта планировалось выполнить следующим образом: при контакте с поверхностью выстрелить в нее танталовой пулей, собрать разлетающиеся песчинки в небольшую капсулу и сразу уйти вверх. В действительности, когда труба грунтозаборника коснулась поверхности, выстрела, который должен был образовать облачко пыли, не произошло. Вследствие потери устойчивости аппарат упал на поверхность.Known Japanese spacecraft (SC) "Hayabusa" ("Falcon"), the purpose of the creation and flight of which was to deliver to the Earth a soil sample from the asteroid "Itokawa" [1]. Hayabusa scientific equipment included: a soil sampling device, a multi-range camera for mapping and navigation, a multi-beam infrared laser range finder, a near infrared spectrometer for determining the mineral composition of the surface, and a fluorescence x-ray spectrometer for studying the elemental composition of the surface. It was planned to take the soil as follows: when in contact with the surface, shoot a tantalum bullet at it, collect flying sand grains into a small capsule and immediately go up. In fact, when the dirt pipe touched the surface, a shot that was supposed to form a dust cloud did not occur. Due to the loss of stability, the device fell to the surface.

На базе опыта полета «Хаябусы» в Японии разрабатывается зонд «Хаябуса-2», принципиально не отличающийся от «Хаябусы». Планируется около 2020 г. доставить образцы, взятые не с поверхности астрономического объекта (АО), а с некоторой глубины. Для этого специальный 30-сантиметровый импактор произведет на поверхности взрыв, образуя метровую воронку. На дне ее станет доступен внутренний материал астероида. Для надежности аппарат оснастят двумя системами сбора астероидного вещества - механической и на основе особой липкой субстанции.Based on the Hayabusa flight experience in Japan, the Hayabusa-2 probe is being developed, which is not fundamentally different from the Hayabusa. It is planned around 2020 to deliver samples taken not from the surface of an astronomical object (AO), but from some depth. For this, a special 30-centimeter impactor will produce an explosion on the surface, forming a meter-wide funnel. At the bottom of it, the internal material of the asteroid will become available. For reliability, the apparatus will be equipped with two systems for collecting an asteroid substance - mechanical and based on a special sticky substance.

Необходимо отметить, что «Хаябуса» как зонд для первых контактов с астероидами избыточно усложнен. Нерациональная технология контакта грунтозаборного устройства с поверхностью стала причиной потери устойчивости аппарата «Хаябуса» и падения его на поверхность. Разрабатываемый аппарат «Хаябуса-2» страдает недостатками, присущими его предшественнику.It should be noted that Hayabusa as a probe for first contacts with asteroids is excessively complicated. The irrational technology of contacting the soil sampling device with the surface caused the Hayabus apparatus to lose stability and fall to the surface. The Hayabusa-2 device under development suffers from the disadvantages inherent in its predecessor.

Известен проект "Розетта" по доставке к комете Чурюмова-Герасименко аппарата Philae для посадки на комету и проведения ряда исследований [2]. Было осуществлено три попытки осуществить посадку, при этом не срабатывали гарпуны, которыми аппарат Philae должен был закрепиться на поверхности кометы. Грунт оказался каменистым, а не «пушистым», как предполагалось, и посадочный аппарат отскакивал от поверхности. Из-за непрочного закрепления на поверхности не удалось осуществить бурение и взятие пробы грунта, что являлось одной из основных задач полета. Переход на усиленные режимы бурения - 1, 2, 3 и 4 (с увеличением мощности) положительных результатов не дал, так как это не увеличило прочности закрепления гарпунов на поверхности кометы. Предварительный анализ технологии посадки и ее конструктивного обеспечения, а именно: отсутствие данных о характере поверхности, микрорельефе в местах предполагаемой стыковки с кометой, отсутствие надежных средств внедрения гарпунов в грунт, позволяет сделать вывод о низкой надежности решения этой задачи, что и было подтверждено реальным ходом событий.The Rosetta project is known for the delivery of the Philae apparatus to the comet Churyumov-Gerasimenko for landing on a comet and conducting a number of studies [2]. Three attempts were made to land, while the harpoons did not work, with which the Philae apparatus was to fix on the surface of the comet. The soil turned out to be rocky and not “fluffy”, as was supposed, and the landing craft bounced off the surface. Due to unstable fixation on the surface, it was not possible to drill and take soil samples, which was one of the main tasks of the flight. The transition to enhanced drilling modes - 1, 2, 3, and 4 (with an increase in power) did not give positive results, since this did not increase the strength of the fastening of harpoons on the surface of the comet. A preliminary analysis of the landing technology and its structural support, namely: the lack of data on the nature of the surface, the microrelief at the places of the alleged docking with the comet, the lack of reliable means of harpoon penetration into the ground, allows us to conclude that the solution to this problem is low reliability, which was confirmed by the real move events.

Из рассмотрения приведенных выше аналогов следует вывод, что попытки ввести КА в механический контакт с АО приводят к авариям или, по крайней мере, снижают надежность выполнения задачи взятия пробы.From the consideration of the above analogues, it follows that attempts to bring the spacecraft into mechanical contact with AO lead to accidents or, at least, reduce the reliability of the task of sampling.

По близости технического решения предлагаемому способу прототип не выявлен. Для заявляемого устройства прототипом является [2].The proximity of the technical solution of the proposed method, the prototype has not been identified. For the inventive device, the prototype is [2].

Задачей изобретений является повышение надежности и безопасности взятия проб вещества с поверхности астрономических объектов, например астероидов и комет.The objective of the invention is to increase the reliability and safety of sampling matter from the surface of astronomical objects, such as asteroids and comets.

Задача решается тем, что способ взятия проб вещества с поверхности астрономического объекта заключается в том, что космический аппарат вводят в режим зависания над поверхностью астрономического объекта, осуществляют воздействие на поверхность астрономического объекта направленным электронным лучом, частично локализуют и конденсируют паровой поток, образованный в результате термического испарения вещества поверхности астрономического объекта данным лучом.The problem is solved in that the method of sampling matter from the surface of an astronomical object is that the spacecraft is put into hovering mode above the surface of the astronomical object, the surface of the astronomical object is exposed to a directed electron beam, the vapor stream formed as a result of thermal the evaporation of matter from the surface of an astronomical object by a given beam.

Задача решается также тем, что устройство взятия проб вещества с поверхности АО содержит средство воздействия на поверхность АО и элемент сбора пробы вещества поверхности АО, при этом средство воздействия на поверхность АО установлено на торце КА и выполнено в виде источника направленного электронного луча с блендой, элемент сбора вещества установлен перед источником направленного электронного луча и выполнен в виде подложки с центральным осевым отверстием, закрепленной на торце КА, причем источник, бленда и отверстие подложки соосны.The problem is also solved by the fact that the device for sampling the substance from the surface of the AO contains a means of influencing the surface of the AO and an element for collecting samples of the substance of the surface of the AO, while the means of influencing the surface of the AO is installed on the end face of the spacecraft and is made in the form of a source of a directed electron beam with a hood, element the collection of substances is installed in front of the source of the directed electron beam and is made in the form of a substrate with a central axial hole mounted on the end of the spacecraft, and the source, hood and hole of the substrate are aligned.

На фиг. 1 показано устройство взятия проб вещества с поверхности астрономического объекта.In FIG. 1 shows a device for sampling a substance from the surface of an astronomical object.

На чертеже:In the drawing:

1 - космический аппарат;1 - spacecraft;

2 - источник направленного электронного луча; 2 - source of directional electron beam;

3 - подложка;3 - substrate;

4 - бленда;4 - a hood;

5 - паровой поток;5 - steam flow;

6 - поверхность астрономического объекта.6 - surface of an astronomical object.

Реализация способа и эксплуатация устройства заключаются в следующем: космический аппарат 1 приводят в режим зависания над поверхностью АО 6, осуществляют воздействие электронным лучом источника направленного электронного луча на поверхность АО 6. При этом происходит термическое испарение вещества поверхности АО 6 от нагрева за счет электронной бомбардировки. Давление пучка электронов вытесняет пары из образовавшейся воронки и способствует стабилизации парового потока 5 с определенной диаграммой направленности. Паровой поток 5, частично локализованный блендой 4, конденсируется на подложке 3, при этом осаждающийся на ней твердый осадок является материалом для многопараметрического анализа при возвращении на Землю или на борту КА.The implementation of the method and the operation of the device are as follows: the spacecraft 1 is put into hovering mode above the surface of AO 6, the source of the directed electron beam is exposed to the surface of AO 6 by the electron beam. Thermal evaporation of the surface material of AO 6 from heating due to electron bombardment occurs. The pressure of the electron beam displaces the vapors from the formed funnel and helps to stabilize the vapor stream 5 with a certain radiation pattern. The vapor stream 5, partially localized by blend 4, condenses on the substrate 3, while the solid precipitate deposited on it is the material for multi-parameter analysis when returning to Earth or on board the spacecraft.

Использование электронно-лучевого нагрева для испарения вещества с поверхности астрономического объекта с последующей конденсацией на подложке обеспечивает взятие пробы вещества без механического контакта. Это не нарушает устойчивость космического аппарата, обеспечивает надежность и безопасность взятия пробы вещества исследуемого астрономического объекта, например астероида или кометы.The use of electron-beam heating to evaporate matter from the surface of an astronomical object, followed by condensation on a substrate, allows sampling of the substance without mechanical contact. This does not violate the stability of the spacecraft, ensures the reliability and safety of sampling the substance of the investigated astronomical object, such as an asteroid or comet.

Таким образом, совокупность отличительных признаков изобретения обеспечивает надежное решение поставленной задачи.Thus, the set of distinctive features of the invention provides a reliable solution to the problem.

ЛитератураLiterature

1. Журнал "Вокруг Света": Соколиная охота, №1 (2844) январь 2011.1. Magazine "Around the World": Falconry, No. 1 (2844) January 2011.

2. INERFAX.RU. 13 ноября 2014 г. //NEW Sru. Com // В мире // 13 ноября 2014 г.2. INERFAX.RU. November 13, 2014 // NEW Sru. Com // Worldwide // November 13, 2014

Claims (2)

1. Способ взятия проб вещества с поверхности астрономического объекта, отличающийся тем, что космический аппарат вводят в режим зависания над поверхностью астрономического объекта, осуществляют воздействие на поверхность астрономического объекта направленным электронным лучом, частично локализуют и конденсируют паровой поток, образованный в результате термического испарения вещества поверхности астрономического объекта данным лучом.1. The method of sampling a substance from the surface of an astronomical object, characterized in that the spacecraft is put into hovering mode above the surface of the astronomical object, the surface of the astronomical object is exposed to a directed electron beam, the vapor stream formed as a result of thermal evaporation of the surface material is partially localized and condensed astronomical object given beam. 2. Устройство взятия проб вещества с поверхности астрономического объекта, содержащее средство воздействия на поверхность астрономического объекта и элемент сбора пробы вещества поверхности астрономического объекта, отличающееся тем, что средство воздействия на поверхность астрономического объекта установлено на торце космического аппарата и выполнено в виде источника направленного электронного луча с блендой, элемент сбора вещества установлен перед источником направленного электронного луча и выполнен в виде подложки с центральным осевым отверстием, закрепленной на торце космического аппарата, причем источник, бленда и отверстие подложки соосны.2. A device for sampling a substance from the surface of an astronomical object, containing a means of influencing the surface of the astronomical object and an element for collecting samples of the substance of the surface of the astronomical object, characterized in that the means of influencing the surface of the astronomical object is installed at the end of the spacecraft and is made in the form of a source of a directed electron beam with a hood, a substance collection element is installed in front of a directional electron beam source and is made in the form of a substrate with a central th axial opening fixed to the end face of the spacecraft, the source, and an opening coaxial blend substrate.
RU2015131464A 2015-07-29 2015-07-29 Method and device for sampling material from astronomical object surface RU2618608C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131464A RU2618608C2 (en) 2015-07-29 2015-07-29 Method and device for sampling material from astronomical object surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015131464A RU2618608C2 (en) 2015-07-29 2015-07-29 Method and device for sampling material from astronomical object surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015131464A RU2015131464A (en) 2017-02-01
RU2618608C2 true RU2618608C2 (en) 2017-05-04

Family

ID=58453757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015131464A RU2618608C2 (en) 2015-07-29 2015-07-29 Method and device for sampling material from astronomical object surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618608C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751831C1 (en) * 2020-12-28 2021-07-19 Александр Федорович Попов Method for performing water collection from ice surface of asteroid or comet's nucleus
RU2770502C1 (en) * 2021-07-19 2022-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» Method for mining on an astronomical object

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546743A (en) * 1994-12-08 1996-08-20 Conner; Paul H. Electron propulsion unit
US5768940A (en) * 1995-12-07 1998-06-23 The Director-General Of The Institute Of Space And Astronautical Science Sample collector
RU2132803C1 (en) * 1997-12-30 1999-07-10 Галимов Эрик Михайлович Method of taking soil of planet and device for realization of this method
US6053059A (en) * 1997-12-15 2000-04-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Analyzing system of organic substance adhering to a surface of a sample
US20110302906A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-15 John Elihu Sinko Laser Tractor Beam
CN102353343A (en) * 2011-07-06 2012-02-15 中国科学院上海技术物理研究所 Synchronous detecting system and method for planet-surface geometrical-characteristic and substance component thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5546743A (en) * 1994-12-08 1996-08-20 Conner; Paul H. Electron propulsion unit
US5768940A (en) * 1995-12-07 1998-06-23 The Director-General Of The Institute Of Space And Astronautical Science Sample collector
US6053059A (en) * 1997-12-15 2000-04-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Analyzing system of organic substance adhering to a surface of a sample
RU2132803C1 (en) * 1997-12-30 1999-07-10 Галимов Эрик Михайлович Method of taking soil of planet and device for realization of this method
US20110302906A1 (en) * 2010-06-15 2011-12-15 John Elihu Sinko Laser Tractor Beam
CN102353343A (en) * 2011-07-06 2012-02-15 中国科学院上海技术物理研究所 Synchronous detecting system and method for planet-surface geometrical-characteristic and substance component thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751831C1 (en) * 2020-12-28 2021-07-19 Александр Федорович Попов Method for performing water collection from ice surface of asteroid or comet's nucleus
RU2770502C1 (en) * 2021-07-19 2022-04-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» Method for mining on an astronomical object

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015131464A (en) 2017-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mauk et al. Juno observations of energetic charged particles over Jupiter's polar regions: Analysis of monodirectional and bidirectional electron beams
Yashiro et al. Statistical relationship between solar flares and coronal mass ejections
Lee et al. Measurements of freely-expanding plasma from hypervelocity impacts
RU2618608C2 (en) Method and device for sampling material from astronomical object surface
Kellogg et al. Dust impact signals on the wind spacecraft
Bekkeng et al. Payload charging events in the mesosphere and their impact on Langmuir type electric probes
Goode et al. Detecting the surface composition of geological features on Europa and Ganymede using a surface dust analyzer
Ulibarri et al. Detection of the amino acid histidine and its breakup products in hypervelocity impact ice spectra
Goel et al. Design and testing of miniaturized plasma sensor for measuring hypervelocity impact plasmas
Goel Detection and characterization of meteoroid and orbital debris impacts in space
Saul et al. Solar wind reflection from the lunar surface: The view from far and near
Melesio The pyramid detectives
US3501641A (en) Passive optical wind and turbulence detection system
Lee et al. Study of hypervelocity impact plasma expansion
Snodgrass et al. Past and Future Comet Missions
Zaitsev et al. Possibilities for hypervelocity impact experiments in frames of demonstration project “Space Patrol”
Chernogor Statistical Characteristics of Meteoroid Parameters in the Earth’s Atmosphere
Sloane Laser ablation propulsion of asteroids with a sub-nanosecond pulsed laser
II et al. Designing the small satellite for Earth observation
Ksanfomality Luna-5 (1965): Some Results of a Failed Mission to the Moon
Shu Microcratering in Polyvinylidene Fluoride
Chapman The asteroid belt: Compositional structure and size distributions
Lee et al. A CubeSat mission for Korean lunar exploration
Witze Japanese asteroid probe delayed
Lucchetta Development of a prototype detector for MeV gamma-ray detection on a CubeSat