專利名稱：一種行星探測器的錨定采樣機構的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種用于行星探測器的錨定與采集小行星表面樣本的機構。
背景技術：
為探索空間資源分布、了解宇宙發展演化歷史，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。利用采樣機構獲取樣品并對樣品進行分析研究，是深空探測中的重要任務和關鍵技術。國際空間組織、研究機構對深空探測采樣返回技術投入了大量精力，并已取得了很多有價值的成果。隨著我國月球探測工程的深入發展，我國未來將要實現月球土壤樣品的自動采集與返回。行星探測器的主要任務就是進行行星表面土壤采樣收集工作。探測器穩定地著陸在行星表面之后，需要有一個平穩的姿態，以確保取樣機構和其他儀器設備能以預想的姿態正常的工作。這個時候就需要錨定機構將探測以預定姿態器固定在行星表面。采樣機構主要完成采集小行星表面的巖土樣本，運回探測器的存儲空間，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，工作過程中不能對探測器造成很大的額外沖擊，避免影響探測器的工作姿態。目前，國際上了無人操作的自動采樣機構，主要包括挖取式自動采樣機構、鉗取式自動采樣機構、研磨式自動采樣機構、鉆取式自動采樣機構等。挖取式自動采樣機構的獲取的樣品無法保留其層理特性，且不能對深層月壤及較大的月巖進行采樣，因此所采樣品信息量有限。鉗取式自動采樣機構受到采樣能力及適用范圍限制，應用較少，且在ESA的小獵犬2號(Beagle-2)火星探測器中，雖然采用了類似鉗取式與研磨式復合的采樣機構，但由于此任務的失敗，該采樣機構也未能得到真正的應用。由于研磨后的樣品的層理性被破壞，可達到的采樣深度有限，不具有樣品收集和保存能力，因此采用研磨式自動采樣機構，只能實現樣品的在線分析，而不是取樣返回地球后的實驗室分析。鉆取式自動采樣機構是迄今適用范圍最廣的一種深空探測自動采樣機構，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。因此用鉆取式自動采樣機構獲得的樣品具有更大的科學價值。
發明內容
本發明的目的針對現有技術的不足，提供一種將錨定功能與采樣功能集成于探測器著陸腿上的機構，該機構具有錨定功能，同時也具有采樣功能。該機構的特點為適用范圍廣，可采集星體土壤亦可采集巖心樣品，可靠性高，結構剛度大，運動機構、控制系統簡單，質量輕，實用性更強。本發明的技術方案一種行星探測器的錨定采樣機構，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置在著陸腿下端的外側，在所述的著陸腿內部設置有導軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內部的導軌上，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室以及錨釘，所述的錨釘設置高壓氣體反應室的高壓氣體出口處。所述的采樣裝置包括采樣電機、探鉆以及收集裝置，所述的采樣電機固定在直線軸承內，直線軸承的上端通過彈簧機爆炸螺栓連接在著陸腿上端，所述的探鉆連接在采樣電機的輸出軸上，所述的收集裝置設置在探鉆的內部。所述的收集裝置包括一收集電機和采樣袋，所述的采樣電機固定在所述的探鉆的內部，所述的采樣袋通過一繩索與所述的收集電機連接。本發明采樣裝置在著陸腿內部，著陸腿內壁上設置四個對稱的導軌，在內筒上端設置有超高強度彈簧及爆炸螺栓，與直線軸承相連接。直線軸承內部裝有采樣電機，采樣電機通過轉軸與探鉆相連接，在直線軸承的兩側還設置有與所述的導軌適配的滑輪。探鉆內部為空心的，在探鉆內部上端裝有一個收集電機，在所述探鉆內部下端裝有一個柔性采樣袋，探鉆內部有一根高強度繩索，將采樣電機與柔性采樣袋相連連接。本發明的有益效果該錨定采樣機構的安裝和運動過程無干涉，結構剛度好，質量較輕，結構簡單，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探測器造成的額外沖擊，減小了對探測器工作姿態的影響。
附圖1本錨定與采樣機構的組成示意圖。圖中標號名稱1、足墊；2、錨釘；3、高壓氣體反應室；4、探鉆；5、采樣袋；6、繩索； 7、收集電機；8、轉軸；9、采樣電機；10、直線軸承；11、爆炸螺栓；12、彈簧；13、導軌；14、滑輪；15、著陸腿。
具體實施例方式如圖所示，本發明一種小行星探測器的錨定與采樣機構，包括著陸腿15、錨釘2以及足墊1，在著陸腿15內壁上設置有導軌13，在著陸腿15內部的上端設置有一采樣電機 10，該采樣電機10的輸出轉軸9與探鉆4固定連接，在采樣電機的上端還設置有一彈簧12 和爆炸螺栓11，彈簧12具有超高強度，該超高強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10的兩側還設置有兩組4只滑輪14，采樣電機10和探鉆 4通過滑輪14在著陸腿15內上下滑移，足墊1設置在著陸腿15的下端，探鉆6內部上端裝有收集電機7，下端裝有柔性采樣袋5，收集電機7和柔性采樣袋5通過高強度繩索6相連接。當小行星探測器穩定地著陸在小行星表面的時候，高壓氣體反應室點火產生高壓氣體，高壓氣體將錨釘加速到所需的速度，拉開兩級管道，錨釘釘入小行星表面，將探測器著陸腿固定于小行星表面。而后爆炸螺栓起爆，對探鉆進行解鎖，采樣電機開始工作，帶動探鉆旋轉，由于超高強度彈簧給了探鉆一個軸向力，探鉆鉆入小行星表面，小行星表面樣品進入到探鉆內部的柔性采樣袋，柔性采樣袋下端可自動收緊，柔性采樣袋下端套在探鉆內部凸臺上。當柔性采樣袋收集到預定數量的樣品，采樣電機停止工作。此時，探鉆內部的收集電機開始工作，拉緊高強度繩索，將柔性采樣袋提起，當柔性采樣袋下端離開探鉆內部凸臺的時候，柔性采樣袋下端自動收緊，即采樣成功完成。
權利要求
1.一種行星探測器的錨定采樣機構，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置在著陸腿下端的外側，在所述的著陸腿內部設置有導軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內部的導軌上，且采樣裝置的上端與著陸腿上端連接。
2.根據權利要求1所述的行星探測器的錨定采樣機構，其特征在于所述的錨定裝置包括高壓氣體反應室以及錨釘，所述的錨釘設置高壓氣體反應室的高壓氣體出口處。
3.根據權利要求2所述的行星探測器的錨定采樣機構，其特征在于所述的采樣裝置包括采樣電機、探鉆以及收集裝置，所述的采樣電機固定在直線軸承內，直線軸承的上端通過彈簧機爆炸螺栓連接在著陸腿上端，所述的探鉆連接在采樣電機的輸出軸上，所述的收集裝置設置在探鉆的內部。
4.根據權利要求3所述的行星探測器的錨定采樣機構，其特征在于所述的收集裝置包括一收集電機和采樣袋，所述的采樣電機固定在所述的探鉆的內部，所述的采樣袋通過一繩索與所述的收集電機連接。
全文摘要
本發明公開了一種行星探測器的錨定采樣機構，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置在著陸腿下端的外側，在所述的著陸腿內部設置有導軌，所述的采樣裝置于緩沖著陸腿內部的導軌上，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室以及錨釘，所述的錨釘設置高壓氣體反應室的高壓氣體出口處。該錨定采樣機構的安裝和運動過程無干涉，結構剛度好，質量較輕，結構簡單，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探測器造成的額外沖擊，減小了對探測器工作姿態的影響。
文檔編號G01N1/08GK102501986SQ201110296038
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者任杰, 徐磊, 林輕, 柏合民, 聶宏, 陳金寶 申請人:南京航空航天大學