[发明专利]基于模块化设计的多功能载人月面着陆器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的基于模块化设计的多功能载人月面着陆器，用于载人登月任务中将航天员安全送至月球表面，并在航天员结束月面活动之后将航天员安全送回月球轨道。

背景技术

载人月面着陆器是一种将航天员运往月球表面，并从月球表面起飞上升返回环月轨道的航天器。月面着陆器具备与载人飞船或其他载人飞行器实施交会对接的功能，航天员可从其它飞行器转移至月面着陆器，通过月面着陆器完成月球表面软着陆，并通过月面着陆器起飞，离开月球。

迄今为止，全世界只有美国在上世纪六十年代末成功实现了载人登月任务。所使用的“阿波罗”登月舱采用两级构型，上升级配有密封舱，是整个登月舱的控制中心，为航天员提供生活和工作空间；下降级负责在近月制动和月面下降过程中提供制动和机动动力，配备相应推进系统以及着陆缓冲装置，并携带有科学探测仪器以及月球车等。“阿波罗”登月舱着陆月面并在月面工作期间，上升、下降两级连接在一起；从月面起飞返回月球轨道时，仅有上升级起飞，下降级作为支撑平台留在月球表面。

二十一世纪初，美国启动了旨在重返月球的“星座”计划，提出了适用于短期载人登月、月球基地以及月球货运等多种任务的月面着陆器方案。其中，“牵牛星”载人月面着陆器采用分级式构型，由上升级、下降级组成，其中下降级包含单独气闸舱。

然而，“阿波罗”登月舱、“牵牛星”月面着陆器以及其它各种载人月面着陆器存在以下几个共同点：

1)均为一次性使用，即只能搭乘有限数量航天员完成一次载人月面着陆起飞任务；

2)均采用上升级、下降级两级构型设计，整体着陆后上升级单独起飞，下降级作为起飞支撑平台；

3)均配备集中式密封舱，为航天员提供工作和生活环境，具备维持适当载人环境的功能，并提供对空间碎片、微流星以及月面附近沙尘的防护能力；

4)配备单独气闸舱(或密封舱兼做气闸舱)，航天员通过气闸舱进出密封舱；以及

5)配备单独着陆缓冲机构，以减缓月面着陆时对月面着陆器结构和航天员的冲击过载。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种新型的载人月面着陆器设计方案，可搭载多名航天员执行着陆月球表面并起飞返回月球轨道的飞行任务。与以往载人月面着陆器不同，本发明采用模块化和整体着陆起飞设计，使其可多次重复使用，并具备面向多种任务的扩展应用能力。

本发明提供了一种基于模块化设计的多功能载人月面着陆器，用于采用模块化和整体着陆起飞的设计方式，实现多次重复使用和多任务应用。该装置包括：居住舱，采用多功能集中式，位于装置上部分，用于建立与其它飞行器之间的密封连接、为航天员提供生活和工作环境、和支持航天员进出舱；以及着陆舱，用于推进系统、电子设备和着陆缓冲机构的安放，从而为着陆起飞提供支撑平台以及缓冲吸能支持，其中，居住舱和着陆舱均采用模块化的设计方式，从而通过不同模块的组合来执行不同任务。

具体地，居住舱至少包括：主结构部分，用于承受各种力学环境下的载荷、保持形状、以及为居住舱内各设备提供安装空间和支撑平台；密封通道，用于支持航天员和物资在飞行器之间的转移；对接机构，用于与其它飞行器之间的对接、密封、形成刚性连接；以及设备舱，位于双侧，采用桁架式结构与主结构部分连接，其横截面形状为矩形，并且顶端安装有交会对接敏感器和对接机构。

其中，主结构部分采用蒙皮加筋的形式，并且居住舱按位置分为：位于前端的控制区和中间的生活区，它们之间连同且均为密封舱；位于后端的出舱区，与控制区和生活区相互隔离并设置有出舱通道；以及开在控制区前侧的大视场舷窗，用于在着陆和起飞过程中为航天员提供视野来观察舱外环境和选择着陆区域，从而提高载人着陆起飞的安全性。

另外，出舱区中布置有：两套出舱服，用于当航天员出舱时从密封舱内直接穿着，其中，出舱区与控制区和生活区隔离的方式包括低气压或非密封舱隔离设计。

在本发明中，着陆舱至少包括：主结构，用于承受各种力学环境下的载荷、以及着陆舱内各设备的安装；推进系统，重量大且推进剂贮箱放置位置低，有利于降低整个月面着陆器的质心，从而提高载人着陆起飞的安全性，并且至少包括主发动机、姿控发动机、和推进剂贮箱；以及着陆缓冲机构，采用非结构压溃吸能的缓冲方式，用于在压力撤消后恢复原状，从而具备可多次重复使用性。

额外地，推进系统还可以包括：高压气瓶和控制器，其中，推进剂贮箱与主结构一体化设计，具备承受着陆和月面起飞时冲击过载的能力，以分担着陆缓冲机构的结构过载，从而减轻整个月面着陆器重量和提高结构承载效率。