地外探测取样容器再入过程动力学建模及仿真分析

无人取样返回是开展地外星体探测的重要手段之一,也是深入开展未知星体载人着陆探测的必要准备。取样返回飞行器基于不同的技术基础及返回技术发展需求,在再入大气过程中可能采用不同的返回方式,如美国、苏联/俄罗斯和日本的返回飞行器均采用了弹道式的返回方式;中国探月三期的月球取样返回器采用了跳跃式返回方式。在不同的再入弹道情况下,取样容器的受力情况有所不同。由于地外星体取样返回是我国首次开展的一项工程实践,所以尚未有针对该问题开展专项的动力学建模及相应的仿真分析。文章对样品容器在返回过程中的力学环境进行建模,分别沿轴向和法向建立样品容器的动力学模型,以典型再入弹道条件下样品容器的受力情况为研究对象,对样品容器准静态和考虑动态振动环境条件下的受力情况及运动进行分析,获得样品容器在返回过程中的动力学特性,为取样返回容器的设计提供参考。