着陆姿态对地外天体表层采样的影响研究

表层采样技术是获得地外天体特性的重要手段,是完成地外天体采样任务的一项关键技术。文章结合4自由度表层采样装置的特点,建立了表层采样装置的逆运动学模型,分析了极限着陆姿态下表层采样装置安装位置在当地参考坐标系中的变化,并针对一次封装与二次封装过程中表层采样装置的位置和姿态要求,明确了末端采样器姿态补偿方法,提出了着陆姿态对表层采样影响的分析算法。仿真结果表明,该算法能有效分析着陆姿态对表层采样的影响,可为表层采样装置适应性设计提供支持。     

地外天体超声波钻探器研究与应用综述

分别探讨了国内外各科研机构研制的超声波钻探器的原理及性能特点,重点针对超声波钻探器的钻进过程优化问题,分析了现有的超声波钻探器作动方式的改进过程,结果表明：超声波钻探器在理论及试验研究方面都相对成熟,是未来地外天体采样任务中优势突出、可工程实现的钻探平台;并且轻质、结构紧凑的回转冲击式超声波钻探器更具有应用前景。对压电换能器模型和超声波钻探器集成模型分别进行了综述,指出了各种模型的优缺点及适用条件。对超声波钻探器驱动电源进行了综述,给出了设计驱动电源需重点关注的问题。依据星体探测的任务特点,对超声波钻探器在未来星体探测中的预研成果进行了探讨。最后对超声波钻探器研究和应用的发展趋势进行了展望。     

小行星星壤低速侵入过程力学响应的实验研究

为研究小行星星壤在低速侵入过程中的力学响应,利用落塔实验舱构建微重力环境,制备典型的无黏性星壤模拟物,利用恒速加载方式模拟采样器等装置侵入星壤的过程,测量了模拟物的承载强度和边界应力随沉降深度的变化,并记录了模拟物表面形貌的变化过程。实验结果表明,微重力下星壤的承载能力较地球重力环境下大大降低,其响应特性更接近于流体,且与侵入速度、星壤孔隙率、颗粒粒径级配、侵入体尺寸等因素相关联。实验结果可为小行星表面着陆和采样装置的设计与验证提供重要数据支撑。     

探测器触地关机软着陆稳定性分析

深空探测器软着陆过程中发动机未能正常关闭将极大降低其软着陆稳定性,因此引入了触地关机着陆方案。针对触地关机方案,建立了腿式探测器动力学分析模型及发动机推力控制模型。考虑着陆环境与探测器着陆状态的不确定性,采用蒙特卡罗模拟分别对探测器在主发动机关闭失败时、触地关机着陆方案下、带有姿态控制的触地关机着陆模式下的软着陆稳定性进行了分析。采用描述性采样方法抽取样本点,基于均值估计相对误差建立模拟终止准则,在保证模拟精度的前提下提高蒙特卡罗模拟效率。计算并对比了3种着陆方式下探测器软着陆可靠度,触地关机方案可在主发动机关闭失败后将探测器稳定着陆可靠度提升11.6%,姿态控制的引入可进一步将安全着陆的可靠度提升9.7%。      

“火星科学实验室”的EDL试验验证技术及启示

介绍了美国"火星科学实验室"(Mars Science Laboratory,MSL)的进入、下降与着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)技术验证体系。该体系可分为EDL飞行动力学、EDL飞行系统和EDL子系统3部分,主要基于仿真建立,同时利用海盗号(Viking)探测器时期的试验数据。针对火星EDL技术的验证,分析了我国已掌握的EDL地面试验技术。通过对比结果表明,我国虽然在气动减速、伞减速、动力下降和着陆技术的试验验证均有良好的技术基础,但仍面临有伞充气过程环境恶劣且复杂、减速下降动作多、大底和背罩分离过程内外环境耦合等新问题。最后针对现有技术所面临的关键问题,梳理出适合我国发展的火星EDL验证体系,并提出了解决关键问题的试验验证方案,可为我国火星着陆任务EDL试验验证工作提供参考。