小行星著陸器錨系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究

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1、第45卷第4期2013年8月南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)JournalofNanjingUniversityofAeronautics8LAstronautics小行星著陸器錨系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)研究趙志軍趙京東劉宏(哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱，150080)V01．45No．4Aug．2013摘要：針對(duì)小行星表面著陸器容易反彈及飄走的難題，設(shè)計(jì)了一種將著陸器錨固在小行星表面的錨系統(tǒng)?；谛⌒行翘攸c(diǎn)，對(duì)錨系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析，選擇“鏈?zhǔn)藉^固方式”作為本研究的錨系統(tǒng)方案?；谠摲桨笇?duì)錨系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其包括錨固單元、纏繞單元、解鎖單元、線繩單元及電氣控制單元。對(duì)錐形錨尖的侵徹

2、深度進(jìn)行了研究。經(jīng)過在凍土介質(zhì)中的侵徹／錨固實(shí)驗(yàn)及氣浮微重力環(huán)境下的拖拽實(shí)驗(yàn)，證明該錨系統(tǒng)具有微重力環(huán)境下對(duì)小行星著陸器進(jìn)行錨固及拖拽的基本功能。關(guān)鍵詞：小行星著陸器；微重力；錨系統(tǒng)；錨固；侵徹中圖分類號(hào)：V476．4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005—2615(2013)04一0461一07DeVelopmentandExperimentalAnalysisOfAnchoringSvstemforAsteroidLanderZ^口oZ^iJM以，Z^口DJi咒gdo卵g，Li“Ho靠g(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstit

3、uteofTechn0109y，Harbin，150080，China)Abstract：Thelanderiseasytoreboundandflowawaywhenlandingonanasteroid．Tosolvethisprob一1em，ananchoringsystemwhichcouldanchorthelandertothesurfaceoftheasteroidisdesigned．Therelatedcharacteristicsoftheasteroidconstrainingthedesignoftheanchoringsystemareanalyzed．The

4、anchoringsystemisdesignedaccordingtothe”cordconnectingmode”afteranalyzingthedesignalterna—tivesoftheanchoringsystem．Itconsistsofanchoringunit，windingunit，unlockingunit，wireunitandelectric／controlunit．Thepenetrationdepthoftheconicanchortipisalsostudied．Thepenetrating／an—choringcapabilityanddraggi

5、ngcapabilityundermicrogravityoftheanchoringsystemaretested．Exper—imentsshowthattheanchoringsystemcouldpenetrate／anchorinthefrozenmediumanddragthelandertothe1andingslopeundermicrogravityenvironment．Keywords：asteroidlander；microgravity；anchoringsystem；anchoring；penetration小行星產(chǎn)生于太陽(yáng)系形成初期，是研究太陽(yáng)系起源、生命

6、起源等重大科學(xué)課題的活化石[11；其含有貴重金屬、稀有元素、礦物質(zhì)等瞳]，通過對(duì)小行星的開發(fā)利用可以解決目前地球能源匱乏的難題，保護(hù)地球環(huán)境，同時(shí)獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益；此外開發(fā)利用小行星可促進(jìn)深空探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步。目前對(duì)小行星探測(cè)的方式有地面觀測(cè)、軌道器探測(cè)[3]、取樣返回研究[41等，這些方式對(duì)小行星特性的了解依次加深和全面，但都有其局限性，即不能實(shí)現(xiàn)小行星的本地探測(cè)研究，以便對(duì)其各種參數(shù)特性及其相互之間的關(guān)系展開全面深入的研究。小行星著陸器可以將儀器設(shè)備安置在小行星表面基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51105091)資助項(xiàng)目；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“八六三”計(jì)劃)(2008AAl2A2

7、14)資助項(xiàng)目。收稿日期：2012—12—28；修訂日期：2013一01—16通信作者：趙京東，男，副教授，1977年出生，E—mail：loveoccult@yahoo．com．cn。462南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)第45卷而實(shí)現(xiàn)小行星的本地探測(cè)，同時(shí)小行星的著陸器探測(cè)可以為將來開發(fā)利用小行星奠定基礎(chǔ)。小行星著陸器探測(cè)的難點(diǎn)之一是由于小行星表面弱引力而導(dǎo)致著陸器在其表面的飄走及反彈，其解決方法是在著陸器上設(shè)計(jì)一種裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)著陸器在小行星表