小行星探测器电磁阻尼式着陆缓冲装置设计及试验研究

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小行星探测具有获取太阳系演化信息,获得稀有矿产资源,促进未来深空探测等重要意义。由于这些重要的意义,美国、日本、欧空局等国家和组织已经多次开展了小行星探测活动。小行星具有弱引力、高真空、地形不确切等特点,导致目前小行星探测器还主要采用飞掠、绕飞、“一触即走”等探测方式,只能获得少量的信息,无法开展深入的科学研究。因此需要开展软着陆及附着探测,保证探测器可以多次、长时间的稳固于小行星星表开展采样工作,以获取更详实的小行星信息。本文以探测器附着采样为目标,参考国内外应用于月球、火星和小天体的着陆缓冲装置,进行小行星探测器着陆缓冲装置的详细设计,通过动力学联合仿真,验证缓冲装置方案设计的可行性,设计并搭建试验台,开展着陆缓冲装置试验研究。通过对已有的小行星探测研究的分析,得出小行星表面的重力加速度、地形结构、温度环境等主要物理特征,确定了着陆缓冲装置设计的总体目标,形成了着陆缓冲装置方案。根据着陆缓冲装置设计方案,详细设计了小行星探测器着陆缓冲装置的着陆腿杆、足垫传感器装置和电磁阻尼单元,并完成控制系统设计。利用Simulink和Adams对着陆缓冲装置开展动力学联合仿真,验证了探测器着陆缓冲装置的极限缓冲能力和着陆稳定性。设计小行星探测器着陆缓冲试验台。开展直立式和侧置式单着陆腿缓冲试验,验证方案的可行性。开展双腿不同着陆倾角下的缓冲试验,测试不同着陆倾角、着陆速度、星表介质、足垫材料对着陆缓冲过程的影响,以测试电磁阻尼式着陆缓冲方案的缓冲性能。通过试验研究,证明了探测器着陆缓冲装置能够快速、稳定着陆。
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