一种月壤侵彻式探测器

1.本发明涉及航天设备技术领域，具体涉及一种月壤侵彻式探测器。


背景技术：

2.区别于传统钻进、铲挖、冲击贯入等剖面探测方式，利用初始飞行动能实现对目标剖面毫秒级高速潜入的侵彻式探测具有潜入效能高、对探测器资源需求低、自身构型简单、易于搭载内部传感组件等独特优势，因而有望成为未来地外天体的一种有效探测手段。
3.侵彻行为的物理本质是动能转化，即将初始动能转化为星壤的压实挤密做功与侵彻器的摩擦产热。过程中的力学、热学、电学响应包含着大量物理信息，同时侵彻器具备的大量热量会激发出星球内部蕴藏的挥发性物质，加以检测可以获得更多星体信息。
4.侵彻式探测的任务模式能有效的解决地外天体探测过程中的主器不可达区域的探测以及广域分组式组网探测的难题。因此，近些年来侵彻式探测器受到越来越多的航天任务的关注。由于侵彻式探测器是以高速动能侵彻的方式潜入星壤次表层，在此期间侵彻式探测器系统将承受极大的冲击过载。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的现有侵彻式探测承受极大的冲击过载的问题，从而提供一种月壤侵彻式探测器。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种月壤侵彻式探测器，包括：壳体，沿所述壳体的轴向方向依次设有多个载荷舱体；多级缓冲减隔振结构，设于所述壳体内，且位于相邻的两个载荷舱体之间，所述多级缓冲减隔振结构对多个所述载荷舱体的轴向和径向方向减震；固体助推火箭，设于所述壳体的一端，所述固体助推火箭的端部设有可展开天线；侵彻帽，设于壳体的另一端。
7.进一步地，所述多级缓冲减隔振结构包括减震垫，所述减震垫沿所述壳体的轴向方向设于多个所述载荷舱体之间。
8.进一步地，所述多级缓冲减隔振结构还包括多个减震圈，所述减震圈沿载荷舱体的周向套设于相邻两个载荷舱体的连接处。
9.进一步地，所述多级缓冲减隔振结构还包括剪切销钉，多个所述剪切销钉沿载荷舱体的周向方向设于相邻两个所述载荷舱体的连接处。
10.进一步地，所述壳体的内壁上设有键槽，所述键槽的设置位置与所述剪切销钉的设置位置相对应。
11.进一步地，所述侵彻帽内设有温度感应元件和加速度检测元件。
12.进一步地，侵彻帽内设有螺旋状的凹槽，温度感应元件设于螺旋状的凹槽内。
13.进一步地，所述载荷舱体依次为电子控制舱和质谱仪舱、弹载电源舱，所述电子控制舱和质谱仪舱、弹载电源舱之间通过主线缆进行连接。
14.进一步地，所述壳体内还设有气力爆轰器，所述气力爆轰器设于所述弹载电源舱
与所述侵彻帽之间。
15.进一步地，还包括火箭底座，固体助推火箭设于火箭底座上，固体助推火箭与电子控制舱之间设有航插。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.1.本发明提供的月壤侵彻式探测器，包括：壳体，沿所述壳体的轴向方向依次设有多个载荷舱体；多级缓冲减隔振结构，设于所述壳体内，且位于相邻的两个载荷舱体之间，所述多级缓冲减隔振结构对多个所述载荷舱体的轴向和径向方向减震；固体助推火箭，设于所述壳体的一端，所述固体助推火箭的端部设有可展开天线；侵彻帽，设于壳体的另一端。
18.壳体内部设有多个载荷舱体，每个载荷舱体内设有不同的机构，该载荷舱体内的机构相互配合，从而带动该月壤侵彻式探测器进行工作。相邻的两个载荷舱体之间设置多级缓冲减隔振结构，多级缓冲减隔振结构能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于月壤侵彻式探测器谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
19.2.本发明提供的月壤侵彻式探测器，所述多级缓冲减隔振结构包括减震垫，所述减震垫沿所述壳体的轴向方向设于多个所述载荷舱体之间。减震垫具有低阻抗、高稳定特性的金属橡胶压制而成，其能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于侵彻器系统结构谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
20.3.本发明提供的月壤侵彻式探测器，所述多级缓冲减隔振结构还包括多个减震圈，所述减震圈沿载荷舱体的周向套设于相邻两个载荷舱体的连接处。减震圈具有低阻抗、高稳定特性的金属橡胶压制而成，其能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于侵彻器系统结构谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
21.4.本发明提供的月壤侵彻式探测器，所述多级缓冲减隔振结构还包括剪切销钉，多个所述剪切销钉沿载荷舱体的周向方向设于相邻两个所述载荷舱体的连接处。剪切销钉和减振垫、以及减振圈共同对载荷舱体起作用，一方面有效降低高频毛刺冲击，一方面有效降低整体的低频均值，有效的保证了载荷舱体在侵彻冲击过载作用下的存活性。
22.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的月壤侵彻式探测器的结构示意图；
25.图2为图1的侧视图；
26.图3为本发明提供的月壤侵彻式探测器的减震垫的结构示意图；
27.图4为本发明提供的月壤侵彻式探测器的侵彻帽的结构示意图；
28.图5为本发明提供的月壤侵彻式探测器的侵彻帽的立体图。
29.附图标记说明：
30.1、壳体；2、固体助推火箭；3、可展开天线；4、侵彻帽；5、减震垫；6、减震圈；7、剪切销钉；8、温度感应元件；9、加速度检测元件；10、凹槽；11、电子控制舱；12、质谱仪舱；13、弹载电源舱；14、气力爆轰器；15、火箭底座；16、航插；17、主线缆；18、内层；19、外层；20、弹载电源。
具体实施方式
31.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
32.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
34.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
36.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实
施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
37.请参阅图1至图5所示，本发明提供了一种月壤侵彻式探测器，包括：壳体1，沿所述壳体1的轴向方向依次设有多个载荷舱体；多级缓冲减隔振结构，设于所述壳体1内，且位于相邻的两个载荷舱体之间，所述多级缓冲减隔振结构对多个所述载荷舱体的轴向和径向方向减震；固体助推火箭2，设于所述壳体1的一端，所述固体助推火箭2的端部设有可展开天线3；侵彻帽4，设于壳体1的另一端。
38.壳体1内部设有多个载荷舱体，每个载荷舱体内设有不同的机构，该载荷舱体内的机构相互配合，从而带动该月壤侵彻式探测器进行工作。相邻的两个载荷舱体之间设置多级缓冲减隔振结构，多级缓冲减隔振结构能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于月壤侵彻式探测器谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
39.该月壤侵彻式探测器在探测结束后起爆，在可控污染的前提下将一定深度的剖面暴露出来，以供环绕探测器进行遥感探测。该月壤侵彻式探测器低代价且灵活，能够获得力热电挥发类物质信息的探测器，用以揭示侵彻弹体与月壤相互作用机理，为后续侵彻式探测任务提供设计基础和应用场景，服务于更多需要低代价易操作条件的原位测试科学目标。
40.在一些可选的实施例中，所述多级缓冲减隔振结构包括减震垫5，所述减震垫5沿所述壳体1的轴向方向设于多个所述载荷舱体之间。减震垫5具有低阻抗、高稳定特性的金属橡胶压制而成，其能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于侵彻器系统结构谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
41.在一些可选的实施例中，所述多级缓冲减隔振结构还包括多个减震圈6，所述减震圈6沿载荷舱体的周向套设于相邻两个载荷舱体的连接处。减震圈6具有低阻抗、高稳定特性的金属橡胶压制而成，其能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于侵彻器系统结构谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。
42.在一些可选的实施例中，所述多级缓冲减隔振结构还包括剪切销钉7，多个所述剪切销钉7沿载荷舱体的周向方向设于相邻两个所述载荷舱体的连接处。具体地，所述壳体1的内壁上设有键槽，所述键槽的设置位置与所述剪切销钉7的设置位置相对应。
43.剪切销钉7主要由具有高韧塑性、且刚度较低的5052铝合金材料加工而成，装备过程中，采用过盈配合的方式楔如弹体外壳与载荷舱段的键槽当中；其一方面对弹体与舱段之间的位置关系起到了一个很好的定位作用，另一方面在侵彻式探测器着陆侵彻的过程中，由于弹体外壳与载荷舱体之间会存在一个较小的位错运动，此时剪切销钉7发生塑性剪切作用，能有效的吸收载科学荷舱体的残余动能，对侵彻过载的低频均值过载起到较好的衰减作用。剪切销钉7和减振垫、以及减振圈共同对载荷舱体起作用，一方面有效降低高频毛刺冲击，一方面有效降低整体的低频均值，有效的保证了载荷舱体在侵彻冲击过载作用下的存活性。
44.其中，剪切销钉7的个数具有多个，多个剪切销钉7沿载荷舱体的周向方向间隔设置。
45.在一些可选的实施例中，所述侵彻帽4内设有温度感应元件8和加速度检测元件9。其中，温度感应元件8可以测量侵彻过程的温度，加速度检测元件9测量侵彻过程中的加速度信息。
46.具体地，侵彻帽4内设有螺旋状的凹槽10，温度感应元件8设于螺旋状的凹槽10内，在螺旋状的凹槽10内设有温度感应元件8，可以增加温度感应元件8设于侵彻帽4内的数量，从而增加了温度感应元件8检测数据的准确性。
47.在本实施例中，所述温度感应元件8为温度传感器，所述加速度检测元件9三轴加速度计。
48.在一些可选的实施例中，所述侵彻帽4呈尖卵-花瓣构型。该结构制作而成的侵彻帽4可以降低侵彻阻力，并且侵彻帽4采用高强高韧和高导热材料来承受高过载和传感温度测量。
49.其中，侵彻帽4具有两层，即内层18与外层19，温度感应元件8设置在内层18与外层19之间，同时，内层18与外层19通过安装螺钉进行固定，并且固定在壳体1上；加速度检测元件9设于内层18的侵彻帽4内。
50.在一些可选的实施例中，所述载荷舱体依次为电子控制舱11和质谱仪舱12、弹载电源舱13，所述电子控制舱11和质谱仪舱12、弹载电源舱13之间通过主线缆17进行连接。所述主线缆17用于连接所述电子控制舱11和质谱仪舱12、弹载电源舱13。该主线缆17的设置，可以实现电子控制舱11和质谱仪舱12之间的电连接，便于将质谱仪舱12测量挥发分信息传输至电子控制舱11内的控制机构。
51.电子控制舱11内设有电子控制机构、质谱仪舱12内设有质谱仪。
52.在一些可选的实施例中，所述壳体1内还设有气力爆轰器14，所述气力爆轰器14设于所述弹载电源舱13与所述侵彻帽4之间。
53.所述弹载电源舱13内设有至少四个弹载电源20，四个所述弹载电源20均匀且间隔设置。该弹载电源20为电子控制舱11和质谱仪舱12提供动力。
54.在一些可选的实施例中，该月壤侵彻式探测器还包括火箭底座15，固体助推火箭2设于火箭底座15上，固体助推火箭2与电子控制舱11之间设有航插16。在火箭底座15上安装固体助推火箭2，并在固体助推火箭2上安装可展开天线3，该可展开天线3同时与电子控制舱11连接。
55.该月壤侵彻式探测器的具体安装过程：
56.第一、将温度感应元件8安装在侵彻帽4内，将侵彻帽4通过安装螺钉安装在壳体1表面；
57.第二、将加速度检测元件9安装在侵彻帽4的内部；
58.第三、将气力爆轰器14安装在壳体1内部；
59.第四、在壳体1内部，上方安装电源舱；
60.第五、在壳体1内部，继续安装质谱仪舱12；
61.第六、在壳体1内部，连接主线缆17并安装电子控制舱11，将火箭航插16连接在电子控制舱11上；
62.第七，在壳体1尾部安装火箭底座15，用定位销钉周向定位；其中，相邻的两个载荷舱体之间均设有多级缓冲减隔振结构；
63.第八，在火箭底座15上安装固体助推火箭2，并在固体助推火箭2上安装可展开天线3，该天线同时与电子控制舱11连接。
64.安装完成后，壳体1通过固体助推火箭2系统供动力，以一定的初速度侵彻目标星壤，侵彻帽4表面的温度感应元件8阵列，测量侵彻过程的温度，加速度检测元件9测量侵彻过程中的加速度信息，并通过质谱仪舱12中的质谱仪测量挥发分信息，气力爆轰器14在探测结束后点火，获得一定广度和深度的人造陨坑。
65.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种月壤侵彻式探测器，其特征在于，包括：壳体(1)，沿所述壳体(1)的轴向方向依次设有多个载荷舱体；多级缓冲减隔振结构，设于所述壳体(1)内，且位于相邻的两个载荷舱体之间，所述多级缓冲减隔振结构对多个所述载荷舱体的轴向和径向方向减震；固体助推火箭(2)，设于所述壳体(1)的一端，所述固体助推火箭(2)的端部设有可展开天线(3)；侵彻帽(4)，设于壳体(1)的另一端。2.根据权利要求1所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述多级缓冲减隔振结构包括减震垫(5)，所述减震垫(5)沿所述壳体(1)的轴向方向设于多个所述载荷舱体之间。3.根据权利要求2所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述多级缓冲减隔振结构还包括多个减震圈(6)，所述减震圈(6)沿载荷舱体的周向套设于相邻两个载荷舱体的连接处。4.根据权利要求2或3所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述多级缓冲减隔振结构还包括剪切销钉(7)，多个所述剪切销钉(7)沿载荷舱体的周向方向设于相邻两个所述载荷舱体的连接处。5.根据权利要求4所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述壳体(1)的内壁上设有键槽，所述键槽的设置位置与所述剪切销钉(7)的设置位置相对应。6.根据权利要求5所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述侵彻帽(4)内设有温度感应元件(8)和加速度检测元件(9)。7.根据权利要求6所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，侵彻帽(4)内设有螺旋状的凹槽(10)，温度感应元件(8)设于螺旋状的凹槽(10)内。8.根据权利要求5-7中任一项所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述载荷舱体依次为电子控制舱(11)和质谱仪舱(12)、弹载电源舱(13)，所述电子控制舱(11)和质谱仪舱(12)、弹载电源舱(13)之间通过主线缆(17)进行连接。9.根据权利要求8所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，所述壳体(1)内还设有气力爆轰器(14)，所述气力爆轰器(14)设于所述弹载电源舱(13)与所述侵彻帽(4)之间。10.根据权利要求9所述的月壤侵彻式探测器，其特征在于，还包括火箭底座(15)，固体助推火箭(2)设于火箭底座(15)上，固体助推火箭(2)与电子控制舱(11)之间设有航插(16)。

技术总结
本发明涉及航天设备技术领域，具体涉及一种月壤侵彻式探测器，包括：壳体，沿所述壳体的轴向方向依次设有多个载荷舱体；多级缓冲减隔振结构，设于所述壳体内，且位于相邻的两个载荷舱体之间，所述多级缓冲减隔振结构对多个所述载荷舱体的轴向和径向方向减震；固体助推火箭，设于所述壳体的一端，所述固体助推火箭的端部设有可展开天线；侵彻帽，设于壳体的另一端。多级缓冲减隔振结构能对侵彻冲击过载中的高频冲击信号起到很好的衰减吸收作用，即能将大部分由于月壤侵彻式探测器谐振所引起的高频尖峰脉冲毛刺信号很好的滤除，有效的降低了高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。高频毛刺脉冲过载对科学载荷造成的损伤。


技术研发人员：姜生元 唐钧跃 张伟伟 肖俊孝 迟骋 梁赫 哈泽坤 王振龙
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/6/28