[发明专利]一种腿臂复用式小天体附着取样一体化探测器

说明书

本发明公开了一种腿臂复用式小天体附着取样一体化探测器，包括：探测器本体、返回器、姿控发动机、机械臂和附着取样器；所述探测器本体外表面上均布两个以上相同的机械臂，每个机械臂一端与探测器本体固连，另一端安装有附着取样器，附着取样器能够在机械臂的驱动下进行附着和取样，且取样状态下附着取样器的底部能够附着在小天体表面；所述探测器本体的底部朝向小天体表面，顶部安装有返回器，用于收集附着取样器取样的样品；所述探测器本体的外表面上均匀布置有一对以上姿控发动机，用于对探测器本体施加力或力矩，进而控制探测器本体的姿态。

技术领域

本发明涉及深空探测、空间机器人技术领域，具体涉及一种腿臂复用式小天体附着取样一体化探测器。

背景技术

小天体产生于太阳系形成初期，对小天体的研究将有助于揭示太阳系的演化过程及生命的起源，同时推进太空资源的开发与利用。对小天体研究的途径有多种，而最直接的途径是探测器着陆到小天体表面开展科学探测研究。由于小天体弱引力及表面特性不确定的限制，小天体表面着陆探测难度极大，因此目前小天体探测大多以绕飞或触碰探测为主。欧空局的Rosetta探测器原计划于2014年在彗星表面进行固定探测，但最终固定失败。Rosetta着陆机构采用可折展三腿式结构，探测器本体与着陆腿之间采用电磁阻尼缓冲单元，探测器设计有火工弹射鱼叉式锚固机构。日本的隼鸟1号、2号、美国的欧西里斯号均采样触碰方式在小行星表面进行了触碰采样。隼鸟1号、2号探测器采用射弹方式实现星表触碰采样，美国欧西里斯采用三自由度机械臂末端安装气吹采样头实现星表风化层采样。隼鸟1号、2号、欧西里斯号均不具备在小天体表面着陆缓冲、附着固定的能力。探测任务的科研成果在一定程度上与探测器在小天体表面停留时间成正比，另一方面与能否可靠获得小天体样品紧密相关。因此设计一种具有在小天体表面附着固定并具有采样功能的探测器平台具有重要意义。

专利申请CN201210342842.6介绍了一种小行星取样器的自嵌入式锚固方法，该方法提出了采用切割方式实现在小行星表面的附着固定，但未对探测器的着陆缓冲及取样等关键关节进行考虑设计；专利申请CN201510861003.9介绍了一种可分离式小行星探测器，仅对探测器的组成及工作途径进行了描述，未对着陆缓冲、附着固定、取样封装等环节进行详细说明；专利申请CN201110080257.9介绍了一种小天体着陆器附着机构，其仅对着陆缓冲及附着进行了介绍，且附着采用锚固装置，不能实现在硬质岩石中的附着固定，其功能中不包含取样及封装。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种腿臂复用式小天体附着取样一体化探测器，能够在小天体表面着陆缓冲、附着固定、取样、放样、封装，可用于具有着陆/固定/取样/移动等功能需求的航天器、机器人设计中。

本发明的技术方案为：一种腿臂复用式小天体附着取样一体化探测器，包括：探测器本体、返回器、姿控发动机、机械臂和附着取样器；

所述探测器本体外表面上均布两个以上相同的机械臂，每个机械臂一端与探测器本体固连，另一端安装有附着取样器，附着取样器能够在机械臂的驱动下进行附着和取样，且取样状态下附着取样器的底部能够附着在小天体表面；所述探测器本体的底部朝向小天体表面，顶部安装有返回器，用于收集附着取样器取样的样品；所述探测器本体的外表面上均匀布置有一对以上姿控发动机，用于对探测器本体施加力或力矩，进而控制探测器本体的姿态。

优选地，还包括：太阳翼3，所述探测器本体两相对侧布置有太阳翼，用于展开时吸收光能。

优选地，所述附着取样器包括：样品封装容器、足垫、取样电机、毛刷、砂轮、破岩杆、破岩器进给丝杠、破岩器进给螺母、破岩器、破岩器进给电机、壳体、取样进给电机、磨削进给丝杠和磨削进给螺母；