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CN109677633B - 一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器 - Google Patents

一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器 Download PDF

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CN109677633B
CN109677633B CN201910044050.2A CN201910044050A CN109677633B CN 109677633 B CN109677633 B CN 109677633B CN 201910044050 A CN201910044050 A CN 201910044050A CN 109677633 B CN109677633 B CN 109677633B
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张洁
彭玉明
袁渊
陆希
徐亮
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Shanghai Institute of Satellite Engineering
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Abstract

本发明公开了一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，包括通过爆炸螺栓相连的前端撞击头部和后端设备舱；后端设备舱采用圆柱形构型，由两个半圆柱体组成，两半圆柱体中间设有隔板，隔板内填充炸药，用于后端设备舱两部分的分离，以避免后端设备舱进入撞击区域，后端设备舱包括供电模块、导航敏感器、固体火箭、姿控推力器和控制模块，固体火箭的数量为两个，对称安装在后端设备舱的下底面，供电模块、导航敏感器、姿控推力器和控制模块布置在两半圆柱体内。本发明可以破坏小行星、彗星等小天体表面结构，以供着陆探测器采样分析，通过自主导航与控制系统实现精确撞击。整个深空撞击器设计紧凑，面向深空探测任务，满足撞击任务需求。

Description

一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器
技术领域
本发明涉及航天领域，具体涉及一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器。
背景技术
随着空间技术的发展与进步，深空探测的手段由最初的飞越探测发展到环绕、着陆、巡视、采样等多方式组合探测，实现环绕到着陆、表面到内部的跨越，正在向立体探测、内部深度探测方向发展。
深空撞击探测是实现地外天体内部探测的高效手段。地外天体撞击速度在几百米每秒至几千米每秒之间，冲击过载将达到104—105g，为确保能有效破坏天体表面使内部物质裸露并保证不发生污染、化学反应等，撞击器应具有较高硬度和化学稳定性。
发明内容
针对上述需求，本发明提供了一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，可服务于深空任务中小行星表面着陆探测和取样分析，能确保有效破坏天体表面，同时撞击过程不会造成目标环境污染，为着陆采样分析以及科学实验提供条件。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，包括通过爆炸螺栓相连的前端撞击头部和后端设备舱；后端设备舱采用圆柱形构型，由两个半圆柱体组成，两半圆柱体中间设有隔板，隔板内填充炸药，用于后端设备舱两部分的分离，以避免后端设备舱进入撞击区域，后端设备舱包括供电模块、导航敏感器、固体火箭、姿控推力器和控制模块，所述固体火箭的数量为两个，对称安装在所述后端设备舱的下底面，所述供电模块、导航敏感器、姿控推力器和控制模块布置在两半圆柱体内。
优选地，所述导航敏感器和控制模块用于完成目标小行星接近和追踪过程的导航和控制；在飞行过程中通过导航敏感器获取小行星表面图像信息，通过控制模块分析并搜索有价值的撞击点，并控制撞击器飞向目标。
优选地，所述的固体火箭为撞击提供所需冲量，所述的姿控推力器用于姿态控制和轨道微调，固体火箭推力方向沿撞击器对称轴，姿控推力器推力方向垂直撞击器主对称轴。
优选地，通过4个姿控推力器调整撞击器姿态，保持撞击轨道，保证最佳撞击角度。
优选地，所述的撞击头部采用硬质合金材料，加工成实心椭球体，保证了撞击过程不会污染小行星土壤环境。
由于采用了以上的技术方案，使本发明具有以下的有益效果：
为着陆附着探测取样分析提供条件，并保证撞击过程不发生化学反应和物质泄漏，保护行星内部土壤环境。该撞击器可延伸至小行星，彗星，行星卫星等天体的探测任务。
附图说明
图1为本发明实施例一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器的立体图。
图2为本发明实施例一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器的正视图。
图3为图2中A-A的剖面图。
图4为本发明实施例一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器的爆炸图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图4所示，本发明实施例提供了一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，包括通过爆炸螺栓5相连的前端撞击头部1和后端设备舱2；后端设备舱采用圆柱形构型，由两个半圆柱体组成，两半圆柱体中间设有隔板8，隔板8内填充炸药，用于后端设备舱两部分的分离，以避免后端设备舱进入撞击区域，后端设备舱包括供电模块6、导航敏感器7、固体火箭3、姿控推力器4和控制模块，所述固体火箭的数量为两个，对称安装在所述后端设备舱的下底面，所述供电模块、导航敏感器、姿控推力器和控制模块布置在两半圆柱体内。所述导航敏感器和控制模块用于完成目标小行星接近和追踪过程的导航和控制；在飞行过程中通过导航敏感器获取小行星表面图像信息，通过控制模块分析并搜索有价值的撞击点，并控制撞击器飞向目标。所述的固体火箭为撞击提供所需冲量，所述的姿控推力器用于姿态控制和轨道微调，固体火箭推力方向沿撞击器对称轴，姿控推力器推力方向垂直撞击器主对称轴。通过4个姿控推力器调整撞击器姿态，保持撞击轨道，保证最佳撞击角度。所述的撞击头部采用硬质合金材料，加工成实心椭球体，保证了撞击过程不会污染小行星土壤环境。
本发明中的物理破坏天体表面结构的小行星撞击过程如下：
撞击器由母探测器搭载至撞击轨道，在与母探测器分离后，固体火箭3点火提供所需的撞击速度，撞击器上导航敏感器7开机工作，获取目标天体的图像数据，并进行自主分析处理，确定最终的撞击点。
根据最终确定的撞击点，撞击器上控制模块根据当前飞行轨道和姿态，将自主计算撞击轨道、撞击角度和撞击速度，确定轨道修正时刻。
撞击器在飞行过程中，利用导航敏感器进行自主导航，自主确定撞击器相对于目标天体的位置、速度等信息，并利用4个姿控推力器调整撞击轨道和姿态，从而保持其在标称撞击轨道，保证有效撞击角度。
当撞击器与目标点接近至5公里以内时，后端设备舱与前端撞击头部分离，随后引爆设备舱中间隔板内的炸药，爆炸使设备舱两部分产生侧向速度分量，这种方法保证了撞击器设备舱不会与撞击球落在同一区域内，影响后续着陆采样探测任务。
最终撞击头部以有效撞击角度撞击小行星表面，破坏小行星表层土壤或岩石，撞击头部本身为实心硬质合金构成，撞击过程中不会与小行星内部物质发生化学反应，且已知其标准光谱，可以在后续多光谱观测中过滤。
本发明为后续小行星着陆探测，取样分析奠定基础。整个撞击过程采用自主导航、自主轨道机动与自主控制，对小行星探测任务的小型化，自动化有重要意义。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，其特征在于：包括通过爆炸螺栓(5)相连的前端撞击头部(1)和后端设备舱(2)；后端设备舱采用圆柱形构型，由两个半圆柱体组成，两半圆柱体中间设有隔板(8)，隔板(8)内填充炸药，用于后端设备舱两部分的分离，以避免后端设备舱进入撞击区域，后端设备舱包括供电模块(6)、导航敏感器(7)、固体火箭(3)、姿控推力器(4)和控制模块，所述固体火箭的数量为两个，对称安装在所述后端设备舱的下底面，所述供电模块、导航敏感器、姿控推力器和控制模块布置在两半圆柱体内。
2.根据权利要求1所述的用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，其特征在于：所述导航敏感器和控制模块用于完成目标小行星接近和追踪过程的导航和控制；在飞行过程中通过导航敏感器获取小行星表面图像信息，通过控制模块分析并搜索有价值的撞击点，并控制撞击器飞向目标。
3.根据权利要求1所述的用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，其特征在于：所述的固体火箭为撞击提供所需冲量，所述的姿控推力器用于姿态控制和轨道微调，固体火箭推力方向沿撞击器主对称轴，姿控推力器推力方向垂直撞击器主对称轴。
4.根据权利要求1所述的用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，其特征在于：通过4个姿控推力器调整撞击器姿态，保持撞击轨道，保证最佳撞击角度。
5.根据权利要求1所述的用于物理破坏地外天体表面结构的小型高速撞击器，其特征在于：所述的前端撞击头部采用硬质合金材料，加工成实心椭球体。
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