一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，属于航天技术领域，包括飞行器外框、月壤收集装置、月壤储箱、月壤抛射装置、载荷舱以及控制器；月壤储箱包括相对设置旋转方向相反的上部旋转储箱和下部旋转储箱和旋转驱动装置；月壤抛射装置包括夹角互为120º的一号旋转引导杆、二号旋转引导杆和三号旋转引导杆；载荷舱内装有电池和科学实验载荷设备。本发明专利技术将收集的月球表面土壤高速向下抛出提供飞行动力，使其在月表低空进行较大范围的机动飞行；利用月表低空飞行的特性，可完成月球极地永夜区的快速进入勘察、载人登月前对预选落月区的高精度勘察、月球山脉的接近勘察等月球车与绕月卫星均难以完成的特殊探测任务。

【技术实现步骤摘要】
一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器
本专利技术涉及航空航天
，尤其是一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，用于针对月球真空环境下进行低空飞行的飞行器。
技术介绍
对月球或一些小行星的探测是科学技术的发展方向，对月球和其他类似小行星的更加高效的勘探、开发在国防、政治、军事、能源等方面具有重大意义。月球或一些小行星上没有大气或大气极为稀薄，目前的月球探测器要在月球表面进行机动，主要采取的是用轮子或履带移动的月球车，而这种月球车由于其轮式移动的固有缺陷，移动速度较低，探测效率低下。若要在月球表面进行大范围飞行机动，目前研究的月球飞行器所采用的动力装置只有依靠携带的有限的工质进行推进的火箭发动机，其所能达到的机动航程受其燃料和氧化剂的携带量的限制，探测范围有限。故在月球探测活动中存在一定困难。众所周知，在月球或其它被探测的天体上面，存在大量易得的固体材料，比如土壤。为解决这一困难，本专利申请提出了一种利用月球土壤作为抛射工质的月球低空飞行器。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，一种以月壤为工质、以太阳能和储能装置为能量供应来源、以电动机和月壤抛射机械装置为能量转换装置的月表低空月壤喷射飞行器。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，包括球形的飞行器外框、固定安装在中间框架下部的月壤收集装置、安装在中间框架上的月壤储箱、设置在中间框架上的利用机构的高速旋转使月壤获得与旋转件边缘处相同的线速度的月壤抛射装置、固定安装在飞行器外框底部和中间框架之间的载荷舱以及设置在载荷舱内的控制器；所述月壤储箱包括相对设置且旋转方向相反的上部旋转储箱和下部旋转储箱以及旋转驱动装置，上部旋转储箱和下部旋转储箱通过中间框架连接，旋转驱动装置设置在中间框架上；所述月壤抛射装置包括夹角互为120°的一号旋转引导杆、二号旋转引导杆、三号旋转引导杆以及三个动力伺服电机；所述载荷舱内还装有为驱动装置及伺服电机提供能源的电池和科学实验载荷设备，载荷舱外部安装太阳能板；所述月壤收集装置包括驱动装置及取土器；飞行器在月球表面停留时，控制器控制飞行器利用载荷舱外部的太阳能板给电池充电，同时，月壤收集装置收集月球表面的土壤，并将土壤存入月壤储箱内，月壤抛射装置将月壤储箱内的土壤以一定的速度高速抛出，飞行器通过控制抛出土壤的反冲量进行飞行。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述中间框架包括圆环状的连接器和三个固定设置在连接器上的用来引导土壤从月壤储箱中滑到旋转引导杆中部的连接管道；连接器上均匀设置安装三个动力伺服电机的安装槽，还设置两个分别驱动上部旋转储箱和下部旋转储箱旋转的的旋转驱动装置，还设置一个驱动月壤收集装置工作的驱动装置；三个连接管道通向一号旋转引导杆、二号旋转引导杆、三号旋转引导杆的中部。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述上部旋转储箱的形状为倒置的圆台体，圆台体的上端面的半径小于下端面的半径；所述下部旋转储箱的形状、大小、材质与上部旋转储箱一致，与上部旋转储箱相对设置。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述一号旋转引导杆、二号旋转引导杆和三号旋转引导杆均为由动力伺服电机驱动旋转的空心管件，空心管件中部设置有限制抛射土壤抛出角度的可旋转挡圈。本专利技术技术方案的进一步改进在于：飞行器的姿态控制分为俯仰控制、滚转控制以及偏航控制；俯仰控制与滚转控制通过一号旋转引导杆、二号旋转引导杆和三号旋转引导杆转速改变时的反扭力矩以及调整可旋转挡圈抛射改变土壤抛出角度进行调节；偏航控制由上部旋转储箱和下部旋转储箱改变转速时的反扭力矩进行调节。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述载荷舱通过四个支撑柱与连接器固定连接；载荷舱舱壁上设置给电池充电的太阳能电池板。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述飞行器外框包括夹角互为120°的三个飞行器框架；飞行器质心偏离球心。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述科学实验载荷设备包括全景相机、红外成像光谱仪、测月雷达、X射线谱仪。本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述动力伺服电机内部设置月壤通道，由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：1、本专利技术利用机械装置将收集的月壤以一定的速度高速抛出，由于动量守恒产生反向的冲量，飞行器通过控制抛出月壤的反冲量进行飞行。2、本专利技术飞行时进行抛物线轨迹的弹道式机动飞行或在低空进行短暂悬停，通过将收集的月球表面土壤高速向下抛出提供飞行动力，以达到使其在月表低空进行最大范围机动飞行的目的。3、本专利技术利用其月表低空飞行的特性，使得其可完成一系列如月球极地永夜区的快速进入勘察、载人登月前对预选落月区的高精度勘察、月球山脉的接近勘察等月球车与绕月卫星均难以完成的特殊探测任务。4、本专利技术涉及的飞行器动力装置的工质可就地取材，其探测范围不受携带燃料的限制。5、本专利技术基于电动机为动力源的应用设想，以月壤为介质、以太阳能和储能装置为能量供应来源、以电动机和的斜面飞轮式月壤抛射装置为能量转换装置的月表低空月壤抛射飞行器；该飞行器可极大地提高探测月球的效率，为人类勘测、开发、利用月球资源提供了一种高效的载荷平台；也为未来的深空探测器提供了一种新型的推进方案。附图说明图1是本专利技术的整体示意图；图2是本专利技术的俯视示意图；图3是本专利技术的旋转引导杆示意图；图4是本专利技术的中间框架的结构示意图；图5是本专利技术中月壤自动收集装置、月壤储箱、月壤抛射装置安装在中间框架上的结构示意图；图6是本专利技术工作原理坐标系示意图；图7是本专利技术工作原理中机体坐标系与地面坐标系示意图。其中，1、飞行器框架，2、一号旋转引导杆，3、二号旋转引导杆，4、三号旋转引导杆，5、上部旋转储箱，6、下部旋转储箱，7、载荷舱，8、动力伺服电机，9、月壤收集装置，10、可旋转挡圈，11、中间框架，11-1连接器，11-2、连接管道，ψ、偏航角，φ、滚动角，θ、俯仰角。具体实施方式本专利技术是针对目前的月球飞行器只有依靠携带的有限的工质进行推进的火箭发动机作为动力装置，其所能达到的机动航程受工质携带量的限制，探测范围有限，在月球探测活动中存在一定困难而研发的一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器。下面结合附图1～7及实施例对本专利技术做进一步详细说明：如图1、2所示，一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，包括球形的飞行器外框、固定安装在中间框架11上的月壤收集装置9、安装在中间框架11上的月壤储箱、设置在中间框架11上的利用机构的高速旋转使月壤获得与旋转件边缘处相同的线速度的月壤抛射装置、固定安装在飞行器外框底部和中间框架11之间的载荷舱7以及设置在载荷舱7内的控制器，所述月壤储箱包括相对设置且旋转方向相反的上部旋转储箱5和下部旋转储箱6以及旋转驱动装置，上部旋转储箱5和下部旋转储箱6通过中间框架11连接，旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，其特征在于：包括球形的飞行器外框、固定安装在中间框架（11）下部的月壤收集装置（9）、安装在中间框架（11）上的月壤储箱、设置在中间框架（11）上的利用机构的高速旋转使月壤获得与旋转件边缘处相同的线速度的月壤抛射装置、固定安装在飞行器外框底部和中间框架（11）之间的载荷舱（7）以及设置在载荷舱（7）内的控制器；所述月壤储箱包括相对设置且旋转方向相反的上部旋转储箱（5）和下部旋转储箱（6）以及旋转驱动装置，上部旋转储箱（5）和下部旋转储箱（6）通过中间框架（11）连接，旋转驱动装置设置在中间框架（11）上；所述月壤抛射装置包括夹角互为120º的一号旋转引导杆（2）、二号旋转引导杆（3）、三号旋转引导杆（4）以及三个动力伺服电机（8）；所述载荷舱（7）内还装有为驱动装置及伺服电机提供能源的电池和科学实验载荷设备，载荷舱（7）外部安装太阳能板；所述月壤收集装置（9）包括驱动装置及取土器；飞行器在月球表面停留时，控制器控制飞行器利用载荷舱（7）外部的太阳能板给电池充电，同时，月壤收集装置（9）收集月球表面的土壤，并将土壤存入月壤储箱内，月壤抛射装置将月壤储箱内的土壤以一定的速度高速抛出，飞行器通过控制抛出土壤的反冲量进行飞行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，其特征在于：包括球形的飞行器外框、固定安装在中间框架（11）下部的月壤收集装置（9）、安装在中间框架（11）上的月壤储箱、设置在中间框架（11）上的利用机构的高速旋转使月壤获得与旋转件边缘处相同的线速度的月壤抛射装置、固定安装在飞行器外框底部和中间框架（11）之间的载荷舱（7）以及设置在载荷舱（7）内的控制器；所述月壤储箱包括相对设置且旋转方向相反的上部旋转储箱（5）和下部旋转储箱（6）以及旋转驱动装置，上部旋转储箱（5）和下部旋转储箱（6）通过中间框架（11）连接，旋转驱动装置设置在中间框架（11）上；所述月壤抛射装置包括夹角互为120º的一号旋转引导杆（2）、二号旋转引导杆（3）、三号旋转引导杆（4）以及三个动力伺服电机（8）；所述载荷舱（7）内还装有为驱动装置及伺服电机提供能源的电池和科学实验载荷设备，载荷舱（7）外部安装太阳能板；所述月壤收集装置（9）包括驱动装置及取土器；飞行器在月球表面停留时，控制器控制飞行器利用载荷舱（7）外部的太阳能板给电池充电，同时，月壤收集装置（9）收集月球表面的土壤，并将土壤存入月壤储箱内，月壤抛射装置将月壤储箱内的土壤以一定的速度高速抛出，飞行器通过控制抛出土壤的反冲量进行飞行。


2.根据权利要求1所述的一种以月球表面土壤为抛射工质的月表低空飞行器，其特征在于：所述中间框架（11）包括圆环状的连接器（11-1）和三个固定设置在连接器（11-1）上的用来引导土壤从月壤储箱中滑到旋转引导杆中部的连接管道（11-2）；连接器（11-1）上均匀设置安装三个动力伺服电机（8）的安装槽，还设置两个分别驱动上部旋转储箱（5）和下部旋转储箱（6）旋转的旋转驱动装置，还设置一个驱动月壤收集装置（9）工作的驱动装置；三个连接管道（11-2）通向一号旋转引导杆（2）、二号旋转引导杆（3）、三号旋转引导杆（4）的中部。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：马世航，
申请(专利权)人：马世航，
类型：发明
国别省市：河北;13