專利名稱：一種行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種用于行星探測(cè)器的錨定與采集小行星表面樣本的機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
為探索空間資源分布、了解宇宙發(fā)展演化歷史，人類已多次開展了行星表面土壤和巖石樣品的采樣和分析。利用采樣機(jī)構(gòu)獲取樣品并對(duì)樣品進(jìn)行分析研究，是深空探測(cè)中的重要任務(wù)和關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)際空間組織、研究機(jī)構(gòu)對(duì)深空探測(cè)采樣返回技術(shù)投入了大量精力，并已取得了很多有價(jià)值的成果。隨著我國(guó)月球探測(cè)工程的深入發(fā)展，我國(guó)未來(lái)將要實(shí)現(xiàn)月球土壤樣品的自動(dòng)采集與返回。行星探測(cè)器的主要任務(wù)就是進(jìn)行行星表面土壤采樣收集工作。探測(cè)器穩(wěn)定地著陸在行星表面之后，需要有一個(gè)平穩(wěn)的姿態(tài)，以確保取樣機(jī)構(gòu)和其他儀器設(shè)備能以預(yù)想的姿態(tài)正常的工作。這個(gè)時(shí)候就需要錨定機(jī)構(gòu)將探測(cè)以預(yù)定姿態(tài)器固定在行星表面。采樣機(jī)構(gòu)主要完成采集小行星表面的巖土樣本，運(yùn)回探測(cè)器的存儲(chǔ)空間，要求能在不同特性的小行星表面可靠采集樣本，并保證足夠的采集量，工作過程中不能對(duì)探測(cè)器造成很大的額外沖擊，避免影響探測(cè)器的工作姿態(tài)。目前，國(guó)際上了無(wú)人操作的自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)，主要包括挖取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)、鉗取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)、研磨式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)、鉆取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)等。挖取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)的獲取的樣品無(wú)法保留其層理特性，且不能對(duì)深層月壤及較大的月巖進(jìn)行采樣，因此所采樣品信息量有限。鉗取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)受到采樣能力及適用范圍限制，應(yīng)用較少，且在ESA的小獵犬2號(hào)(Beagle-2)火星探測(cè)器中，雖然采用了類似鉗取式與研磨式復(fù)合的采樣機(jī)構(gòu)，但由于此任務(wù)的失敗，該采樣機(jī)構(gòu)也未能得到真正的應(yīng)用。由于研磨后的樣品的層理性被破壞，可達(dá)到的采樣深度有限，不具有樣品收集和保存能力，因此采用研磨式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)，只能實(shí)現(xiàn)樣品的在線分析，而不是取樣返回地球后的實(shí)驗(yàn)室分析。鉆取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)是迄今適用范圍最廣的一種深空探測(cè)自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)，它獲取的樣品可以是星體土壤也可以是巖心樣品；它的采樣深度可從幾厘米到幾米。因此用鉆取式自動(dòng)采樣機(jī)構(gòu)獲得的樣品具有更大的科學(xué)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將錨定功能與采樣功能集成于探測(cè)器著陸腿上的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)具有錨定功能，同時(shí)也具有采樣功能。該機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)為適用范圍廣，可采集星體土壤亦可采集巖心樣品，可靠性高，結(jié)構(gòu)剛度大，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，實(shí)用性更強(qiáng)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，包括著陸腿、錨定裝置以及采樣裝置，其特征在于所述的錨定裝置設(shè)置在著陸腿下端的外側(cè)，在所述的著陸腿內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內(nèi)部的導(dǎo)軌上，且采樣裝置的上端與著陸腿上端連接。
所述的錨定裝置包括高壓氣體反應(yīng)室以及錨釘，所述的錨釘設(shè)置高壓氣體反應(yīng)室的高壓氣體出口處。所述的采樣裝置包括采樣電機(jī)、探鉆以及收集裝置，所述的采樣電機(jī)固定在直線軸承內(nèi)，直線軸承的上端通過彈簧機(jī)爆炸螺栓連接在著陸腿上端，所述的探鉆連接在采樣電機(jī)的輸出軸上，所述的收集裝置設(shè)置在探鉆的內(nèi)部。所述的收集裝置包括一收集電機(jī)和采樣袋，所述的采樣電機(jī)固定在所述的探鉆的內(nèi)部，所述的采樣袋通過一繩索與所述的收集電機(jī)連接。本發(fā)明采樣裝置在著陸腿內(nèi)部，著陸腿內(nèi)壁上設(shè)置四個(gè)對(duì)稱的導(dǎo)軌，在內(nèi)筒上端設(shè)置有超高強(qiáng)度彈簧及爆炸螺栓，與直線軸承相連接。直線軸承內(nèi)部裝有采樣電機(jī)，采樣電機(jī)通過轉(zhuǎn)軸與探鉆相連接，在直線軸承的兩側(cè)還設(shè)置有與所述的導(dǎo)軌適配的滑輪。探鉆內(nèi)部為空心的，在探鉆內(nèi)部上端裝有一個(gè)收集電機(jī)，在所述探鉆內(nèi)部下端裝有一個(gè)柔性采樣袋，探鉆內(nèi)部有一根高強(qiáng)度繩索，將采樣電機(jī)與柔性采樣袋相連連接。本發(fā)明的有益效果該錨定采樣機(jī)構(gòu)的安裝和運(yùn)動(dòng)過程無(wú)干涉，結(jié)構(gòu)剛度好，質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，可靠性高，適用范圍廣，將錨定裝置與采樣裝置集為一體，在采樣過程中降低了對(duì)探測(cè)器造成的額外沖擊，減小了對(duì)探測(cè)器工作姿態(tài)的影響。


附圖1本錨定與采樣機(jī)構(gòu)的組成示意圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱1、足墊；2、錨釘；3、高壓氣體反應(yīng)室；4、探鉆；5、采樣袋；6、繩索； 7、收集電機(jī)；8、轉(zhuǎn)軸；9、采樣電機(jī)；10、直線軸承；11、爆炸螺栓；12、彈簧；13、導(dǎo)軌；14、滑輪；15、著陸腿。
具體實(shí)施例方式如圖所示，本發(fā)明一種小行星探測(cè)器的錨定與采樣機(jī)構(gòu)，包括著陸腿15、錨釘2以及足墊1，在著陸腿15內(nèi)壁上設(shè)置有導(dǎo)軌13，在著陸腿15內(nèi)部的上端設(shè)置有一采樣電機(jī) 10，該采樣電機(jī)10的輸出轉(zhuǎn)軸9與探鉆4固定連接，在采樣電機(jī)的上端還設(shè)置有一彈簧12 和爆炸螺栓11，彈簧12具有超高強(qiáng)度，該超高強(qiáng)度壓縮彈簧和爆炸螺栓11的上端均與著陸腿15的頂部相連接，在采樣電機(jī)10的兩側(cè)還設(shè)置有兩組4只滑輪14，采樣電機(jī)10和探鉆 4通過滑輪14在著陸腿15內(nèi)上下滑移，足墊1設(shè)置在著陸腿15的下端，探鉆6內(nèi)部上端裝有收集電機(jī)7，下端裝有柔性采樣袋5，收集電機(jī)7和柔性采樣袋5通過高強(qiáng)度繩索6相連接。當(dāng)小行星探測(cè)器穩(wěn)定地著陸在小行星表面的時(shí)候，高壓氣體反應(yīng)室點(diǎn)火產(chǎn)生高壓氣體，高壓氣體將錨釘加速到所需的速度，拉開兩級(jí)管道，錨釘釘入小行星表面，將探測(cè)器著陸腿固定于小行星表面。而后爆炸螺栓起爆，對(duì)探鉆進(jìn)行解鎖，采樣電機(jī)開始工作，帶動(dòng)探鉆旋轉(zhuǎn)，由于超高強(qiáng)度彈簧給了探鉆一個(gè)軸向力，探鉆鉆入小行星表面，小行星表面樣品進(jìn)入到探鉆內(nèi)部的柔性采樣袋，柔性采樣袋下端可自動(dòng)收緊，柔性采樣袋下端套在探鉆內(nèi)部凸臺(tái)上。當(dāng)柔性采樣袋收集到預(yù)定數(shù)量的樣品，采樣電機(jī)停止工作。此時(shí)，探鉆內(nèi)部的收集電機(jī)開始工作，拉緊高強(qiáng)度繩索，將柔性采樣袋提起，當(dāng)柔性采樣袋下端離開探鉆內(nèi)部凸臺(tái)的時(shí)候，柔性采樣袋下端自動(dòng)收緊，即采樣成功完成。
權(quán)利要求
1.一種行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，包括著陸腿、錨定裝置以及采樣裝置，其特征在于所述的錨定裝置設(shè)置在著陸腿下端的外側(cè)，在所述的著陸腿內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內(nèi)部的導(dǎo)軌上，且采樣裝置的上端與著陸腿上端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的錨定裝置包括高壓氣體反應(yīng)室以及錨釘，所述的錨釘設(shè)置高壓氣體反應(yīng)室的高壓氣體出口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的采樣裝置包括采樣電機(jī)、探鉆以及收集裝置，所述的采樣電機(jī)固定在直線軸承內(nèi)，直線軸承的上端通過彈簧機(jī)爆炸螺栓連接在著陸腿上端，所述的探鉆連接在采樣電機(jī)的輸出軸上，所述的收集裝置設(shè)置在探鉆的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的收集裝置包括一收集電機(jī)和采樣袋，所述的采樣電機(jī)固定在所述的探鉆的內(nèi)部，所述的采樣袋通過一繩索與所述的收集電機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種行星探測(cè)器的錨定采樣機(jī)構(gòu)，包括著陸腿、錨定裝置以及采樣裝置，其特征在于所述的錨定裝置設(shè)置在著陸腿下端的外側(cè)，在所述的著陸腿內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內(nèi)部的導(dǎo)軌上，且采樣裝置的上端與著陸腿上端連接；所述的錨定裝置包括高壓氣體反應(yīng)室以及錨釘，所述的錨釘設(shè)置高壓氣體反應(yīng)室的高壓氣體出口處。該錨定采樣機(jī)構(gòu)的安裝和運(yùn)動(dòng)過程無(wú)干涉，結(jié)構(gòu)剛度好，質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，可靠性高，適用范圍廣，將錨定裝置與采樣裝置集為一體，在采樣過程中降低了對(duì)探測(cè)器造成的額外沖擊，減小了對(duì)探測(cè)器工作姿態(tài)的影響。
文檔編號(hào)G01N1/08GK102501986SQ201110296038
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者任杰, 徐磊, 林輕, 柏合民, 聶宏, 陳金寶 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)