一种行星探测器的锚定采样机构

摘要

本发明公开了一种行星探测器的锚定采样机构，包括着陆腿、锚定装置以及采样装置，其特征在于：所述的锚定装置设置在着陆腿下端的外侧，在所述的着陆腿内部设置有导轨，所述的采样装置于缓冲着陆腿内部的导轨上，且采样装置的上端与着陆腿上端连接；所述的锚定装置包括高压气体反应室以及锚钉，所述的锚钉设置高压气体反应室的高压气体出口处。该锚定采样机构的安装和运动过程无干涉，结构刚度好，质量较轻，结构简单，加工方便，可靠性高，适用范围广，将锚定装置与采样装置集为一体，在采样过程中降低了对探测器造成的额外冲击，减小了对探测器工作姿态的影响。

权利要求

1.一种行星探测器的锚定采样机构，包括着陆腿、锚定装置以及采样装置，其特征在于：所述的锚定装置设置在着陆腿下端的外侧，在所述的着陆腿内部设置有导轨，所述的采样装置于缓冲着陆腿内部的导轨上，且采样装置的上端与着陆腿上端连接；所述的采样装置包括采样电机、探钻以及收集装置，所述的采样电机固定在直线轴承内，直线轴承的上端通过弹簧及爆炸螺栓连接在着陆腿上端，所述的探钻连接在采样电机的输出轴上，所述的收集装置设置在探钻的内部；所述的收集装置包括一收集电机和采样袋，所述的采样电机固定在所述的探钻的内部，所述的采样袋通过一绳索与所述的收集电机连接。

2.根据权利要求1所述的行星探测器的锚定采样机构，其特征在于：所述的锚定装置包括高压气体反应室以及锚钉，所述的锚钉设置高压气体反应室的高压气体出口处。

说明书

一种行星探测器的锚定采样机构

技术领域

[0001] 本发明属于一种用于行星探测器的锚定与采集小行星表面样本的机构。

背景技术

[0002] 为探索空间资源分布、了解宇宙发展演化历史，人类已多次开展了行星表面土壤和岩石样品的采样和分析。利用采样机构获取样品并对样品进行分析研究, 是深空探测中的重要任务和关键技术。国际空间组织、研究机构对深空探测采样返回技术投入了大量精力, 并已取得了很多有价值的成果。随着我国月球探测工程的深入发展, 我国未来将要实现月球土壤样品的自动采集与返回。

[0003] 行星探测器的主要任务就是进行行星表面土壤采样收集工作。探测器稳定地着陆在行星表面之后，需要有一个平稳的姿态，以确保取样机构和其他仪器设备能以预想的姿态正常的工作。这个时候就需要锚定机构将探测以预定姿态器固定在行星表面。采样机构主要完成采集小行星表面的岩土样本，运回探测器的存储空间，要求能在不同特性的小行星表面可靠采集样本，并保证足够的采集量，工作过程中不能对探测器造成很大的额外冲击，避免影响探测器的工作姿态。目前，国际上了无人操作的自动采样机构, 主要包括: 挖取式自动采样机构、钳取式自动采样机构、研磨式自动采样机构、钻取式自动采样机构等。挖取式自动采样机构的获取的样品无法保留其层理特性, 且不能对深层月壤及较大的月岩进行采样, 因此所采样品信息量有限。钳取式自动采样机构受到采样能力及适用范围限制，应用较少，且在ESA的小猎犬2号(Beagle-2)火星探测器中, 虽然采用了类似钳取式与研磨式复合的采样机构, 但由于此任务的失败, 该采样机构也未能得到真正的应用。由于研磨后的样品的层理性被破坏, 可达到的采样深度有限, 不具有样品收集和保存能力，因此采用研磨式自动采样机构, 只能实现样品的在线分析, 而不是取样返回地球后的实验室分析。

[0004] 钻取式自动采样机构是迄今适用范围最广的一种深空探测自动采样机构, 它获取的样品可以是星体土壤也可以是岩心样品; 它的采样深度可从几厘米到几米。因此用钻取式自动采样机构获得的样品具有更大的科学价值。

发明内容

[0005] 本发明的目的：针对现有技术的不足，提供一种将锚定功能与采样功能集成于探测器着陆腿上的机构，该机构具有锚定功能，同时也具有采样功能。该机构的特点为适用范围广，可采集星体土壤亦可采集岩心样品，可靠性高，结构刚度大，运动机构、控制系统简单，质量轻，实用性更强。

[0006] 本发明的技术方案：一种行星探测器的锚定采样机构，包括着陆腿、锚定装置以及采样装置，其特征在于：所述的锚定装置设置在着陆腿下端的外侧，在所述的着陆腿内部设置有导轨，所述的采样装置于缓冲着陆腿内部的导轨上，且采样装置的上端与着陆腿上端连接。

[0007] 所述的锚定装置包括高压气体反应室以及锚钉，所述的锚钉设置高压气体反应室的高压气体出口处。

[0008] 所述的采样装置包括采样电机、探钻以及收集装置，所述的采样电机固定在直线轴承内，直线轴承的上端通过弹簧机爆炸螺栓连接在着陆腿上端，所述的探钻连接在采样电机的输出轴上，所述的收集装置设置在探钻的内部。

[0009] 所述的收集装置包括一收集电机和采样袋，所述的采样电机固定在所述的探钻的内部，所述的采样袋通过一绳索与所述的收集电机连接。

[0010] 本发明采样装置在着陆腿内部，着陆腿内壁上设置四个对称的导轨，在内筒上端设置有超高强度弹簧及爆炸螺栓，与直线轴承相连接。直线轴承内部装有采样电机，采样电机通过转轴与探钻相连接，在直线轴承的两侧还设置有与所述的导轨适配的滑轮。探钻内部为空心的，在探钻内部上端装有一个收集电机，在所述探钻内部下端装有一个柔性采样袋，探钻内部有一根高强度绳索，将采样电机与柔性采样袋相连连接。

[0011] 本发明的有益效果：该锚定采样机构的安装和运动过程无干涉，结构刚度好，质量较轻，结构简单，加工方便，可靠性高，适用范围广，将锚定装置与采样装置集为一体，在采样过程中降低了对探测器造成的额外冲击，减小了对探测器工作姿态的影响。

附图说明

[0012] 附图1 本锚定与采样机构的组成示意图。

[0013] 图中标号名称：1、足垫；2、锚钉；3、高压气体反应室；4、探钻；5、采样袋；6、绳索；7、收集电机；8、转轴；9、采样电机；10、直线轴承；11、爆炸螺栓；12、弹簧；13、导轨；14、滑轮；15、着陆腿。

具体实施方式

[0014] 如图所示，本发明一种小行星探测器的锚定与采样机构，包括着陆腿15、锚钉2以及足垫1，在着陆腿15内壁上设置有导轨13，在着陆腿15内部的上端设置有一采样电机10，该采样电机10的输出转轴9与探钻4固定连接，在采样电机的上端还设置有一弹簧12和爆炸螺栓11，弹簧12具有超高强度，该超高强度压缩弹簧和爆炸螺栓11的上端均与着陆腿15的顶部相连接，在采样电机10的两侧还设置有两组4只滑轮14，采样电机10和探钻
4通过滑轮14在着陆腿15内上下滑移，足垫1设置在着陆腿15的下端，探钻6内部上端装有收集电机7，下端装有柔性采样袋5，收集电机7和柔性采样袋5通过高强度绳索6相连接。

[0015] 当小行星探测器稳定地着陆在小行星表面的时候，高压气体反应室点火产生高压气体，高压气体将锚钉加速到所需的速度，拉开两级管道，锚钉钉入小行星表面，将探测器着陆腿固定于小行星表面。而后爆炸螺栓起爆，对探钻进行解锁，采样电机开始工作，带动探钻旋转，由于超高强度弹簧给了探钻一个轴向力，探钻钻入小行星表面，小行星表面样品进入到探钻内部的柔性采样袋，柔性采样袋下端可自动收紧，柔性采样袋下端套在探钻内部凸台上。当柔性采样袋收集到预定数量的样品，采样电机停止工作。此时，探钻内部的收集电机开始工作，拉紧高强度绳索，将柔性采样袋提起，当柔性采样袋下端离开探钻内部凸台的时候，柔性采样袋下端自动收紧，即采样成功完成。