[发明专利]一种小行星取样器的自嵌入式锚固方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种行星取样器的锚固方法，尤其是涉及无重力环境下小行星取样器的锚固，属于空间技术及测控技术领域。

背景技术

国际上太阳系深空探测活动方兴未艾，小行星探测已成为主要发展方向。日本、美国、中国等国都相继计划开展小行星的深度原位取样分析和取样返回。根据我国的探测目标，目标小行星表面为高硬度的石头，摩氏硬度大于6.5，且目标小行星上重力加速度十分微弱，可以忽略不计。因此取样器所依附的主体在小行星上的重力将十分微小，其能够提供给取样器的用于钻进土壤等粉尘物的压力也几乎为零。这意味着取样器在进行钻进小行星表面取样的过程中，会受到小行星表面的反作用力而脱离小行星。同时，在深空工作的小行星取样器的电源一般依靠太阳能提供，因此供电功率有限，取样器能够提供的30N连续反推力只能维持很短的时间。一旦失去此反推力，取样器将在小行星表面无法继续工作。因此，首先要解决取样器在钻进时的反作用力问题。这就需要在取样器提供30N连续反推力的这段时间内，通过一种方法将取样器锚固在小行星表面。

目前国内外没有专门针对小行星的锚固方法。受目标小行星表面硬度大以及锚固装置功耗低、体积小、工作时间短的技术限制，在地球上使用的功耗大、锚固装置体积庞大的锚固方法不适用于太空作业。国内考虑最多的方法，是通过取样器上发射多个锚钉钉入小行星坚硬表面，该锚钉前段带有倒钩后端连接钢丝，一旦锚钉钉入小行星坚硬表面，就收紧钢丝从而达到锚固取样器的目的。但是这种方法最大的问题是可靠性差，对于无法确知其坚硬表面物质构成的小行星来说，有可能会出现小行星坚硬表面脆性大而无法将锚钉顺利钉入小行星表面的情况。这对于深空作业的探测器来说是无法接受的。同时，该方法不方便甚至不能重复锚固，无法满足灵活取样性的要求。

发明内容  

本发明设计了一种灵活轻巧、功耗低、锚固效率高的小行星取样器的自嵌入式锚固方法，特别是适用于微重力环境下小行星取样器的锚固。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小行星取样器的自嵌入式锚固方法：

首先，将小行星取样器置于带取样的小行星表面，在小行星取样器主体的三个着陆腿的末端设置锚固机构，所述锚固机构包括第一关节和第二关节，第一关节包括第一关节电机和第一关节运动臂，第一关节电机固定在相应的着陆腿上，第一关节电机的输出转轴与第一关节运动臂的一端连接，第二关节包括第二关节电机和第二关节运动臂，第二关节电机固定在第一关节运动臂的另一端上，第二关节电机的输出转轴与第二关节运动臂的一端连接，在第二关节运动臂的另一端设有切割电机，在切割电机的输出转轴上连接有切割刀片。启动第一关节电机和第二关节电机，使切割刀片触及小行星表面，启动切割电机，在第一关节电机、第二关节电机和切割电机同时工作下，切割刀片对小行星实施切割并嵌入小行星，当切割刀片嵌入小行星的深度h达到7~15毫米时，第一关节电机、第二关节电机和切割电机停止，至此完成锚固。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明方法利用第一关节电机、第二关节电机和切割电机的协同工作，使切割刀片对小行星实施切割并嵌入小行星，通过这种自嵌入方法实现了取样器的锚固；（2）本发明采用自嵌入式方法将切割刀片切入小行星坚硬表面，其操作简单易行，适用面广，可以在不同硬度物质上完成锚固工作，可靠性高，这在航天领域极为重要；（3）本发明方法通过控制锚固机构的展开与收缩，能够轻松实现重复锚固、多次锚固，这是其他锚固方法所不具有的；（4）本发明工作时间短，可以在1～2分钟内完成小行星取样器锚固，同时，切割法的功耗比较低，因此消耗的总能量很少。

附图说明

图1为本发明方法的工作流程图。

图2为本发明方法的结构示意图。 

图3为本发明方法的锚固机构示意图。 

图4为切割刀片开始切割时锚固机构的几何结构图。

图5为切割刀片结束切割时锚固机构的几何结构图。

具体实施方式

一种小行星取样器的自嵌入式锚固方法：