[发明专利]一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，包括尘埃粒子采集口、进气管、过滤收集装置、排气管以及返回器，所述过滤收集装置安装在返回器内，所述返回器安置在探测器内部，所述进气管和排气管分别穿入返回器与过滤收集装置连接，所述尘埃粒子采集口和所述排气管连接探测器外侧，所述尘埃粒子采集口与进气管前端相连，所述进气管与过滤收集装置的过滤入口相连，过滤收集装置的过滤出口与排气管相连。本发明可以实现在火星大气中高速飞行状态下过滤式微尘采样，避免传统取样返回中着陆下降和火表上升环节，减少探测器重量和任务复杂度，具有工程应用价值；本发明具有良好的可扩展性，可为我国后续其他行星取样探测研制奠定基础。

技术领域

本发明涉及火星取样返回探测任务的微粒收集技术领域，具体是一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法。

背景技术

相比于地球大气层，火星大气非常稀薄，但其中含有大量尘埃。因为火星表面常年风力较大，时常性的沙尘暴会把火星表面的土壤微粒吹到空中。根据观测，尘暴期间土壤微粒会上升到60km高度，所以在空中就能收集到火星土壤。

传统火星取样探测任务完成样品收集的前提是保证探测器成功着陆，样品收集过程机械臂结构正常展开，以及返回器安全上升与返回；整个过程繁琐复杂，风险性高。由于机械臂一般采用钻孔取样，自由度多且不易操纵，结构强度要求高，增加整器结构重量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置及其使用方法，利用大气减速实现捕获，从而实现火星大气离子和大气中灰尘微粒的采集，采集完成后，无需转运，直接密封存储后返回地球，易操纵。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种超高速飞行状态下火星尘埃收集装置，包括尘埃粒子采集口、进气管、过滤收集装置、排气管以及返回器，所述过滤收集装置安装在返回器内，所述返回器安置在探测器内部，所述进气管和排气管分别穿入返回器与过滤收集装置连接，所述尘埃粒子采集口和所述排气管连接探测器外侧，便于火星大气的进入和排出；所述尘埃粒子采集口与进气管前端相连，所述进气管与过滤收集装置的过滤入口相连，过滤收集装置的过滤出口与排气管相连。

优选地，所述尘埃粒子采集口为活动部件。进入火星大气前，采集口处于收拢状态并与其他部件共面，避免影响整体装置的气动外形；进入火星大气后，采集口处于打开状态，利于大气涌入。

优选地，所述尘埃粒子采集口采用倒圆角结构，用于减缓因高速气流在拐角处造成的紊流现象。

优选地，所述尘埃粒子采集口内布置有纳米气凝胶材料，用于对高速气流及其携带的微粒进行减速，同时保证微粒不发生化学反应。

优选地，所述过滤收集装置采用纳米筛材料，纳米筛材料是由纳米制成的多孔透气材料，具有很强的吸附能力，能够将大气中的固体颗粒吸附在纳米筛中并排除空气。

上述的超高速飞行状态下火星尘埃收集装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一、火星尘埃收集装置随探测器发射入轨，到达火星采用制动捕获方式，在高速进入火星大气过程中，火星尘埃收集装置的采集口处于敞开状态，直接采集火星大气离子和大气中灰尘微粒；

步骤二、火星大气由进气管经过纳米气凝胶后减速到达过滤收集装置，由纳米筛吸附大气中的微粒并收集，并通过排气管将过滤后的空气导引排出；

步骤三、采样结束后，将所收集的微粒直接封存在返回器内，返回地球，实现火星大气和微粒的采样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

可以实现在火星大气中高速飞行状态下过滤式微尘采样，避免传统取样返回中着陆下降和火表上升环节，降低燃料消耗，取代传统机械臂钻孔取样的复杂结构，减少探测器重量和任务复杂度，具有工程应用价值。

附图说明