[發明專利]一種超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201611047722.8
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106769237B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 彭玉明;牛俊坡;徐晴;何振寧
• 申請（專利權）人: 上海衛星工程研究所
• 主分類號: G01N1/22
• 分類號: G01N1/22
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

本發明公開了一種超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置，包括塵埃粒子采集口、進氣管、過濾收集裝置、排氣管以及返回器，所述過濾收集裝置安裝在返回器內，所述返回器安置在探測器內部，所述進氣管和排氣管分別穿入返回器與過濾收集裝置連接，所述塵埃粒子采集口和所述排氣管連接探測器外側，所述塵埃粒子采集口與進氣管前端相連，所述進氣管與過濾收集裝置的過濾入口相連，過濾收集裝置的過濾出口與排氣管相連。本發明可以實現在火星大氣中高速飛行狀態下過濾式微塵采樣，避免傳統取樣返回中著陸下降和火表上升環節，減少探測器重量和任務復雜度，具有工程應用價值；本發明具有良好的可擴展性，可為我國后續其他行星取樣探測研制奠定基礎。

技術領域

本發明涉及火星取樣返回探測任務的微粒收集技術領域，具體是一種超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置及其使用方法。

背景技術

相比于地球大氣層，火星大氣非常稀薄，但其中含有大量塵埃。因為火星表面常年風力較大，時常性的沙塵暴會把火星表面的土壤微粒吹到空中。根據觀測，塵暴期間土壤微粒會上升到60km高度，所以在空中就能收集到火星土壤。

傳統火星取樣探測任務完成樣品收集的前提是保證探測器成功著陸，樣品收集過程機械臂結構正常展開，以及返回器安全上升與返回；整個過程繁瑣復雜，風險性高。由于機械臂一般采用鉆孔取樣，自由度多且不易操縱，結構強度要求高，增加整器結構重量。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置及其使用方法，利用大氣減速實現捕獲，從而實現火星大氣離子和大氣中灰塵微粒的采集，采集完成后，無需轉運，直接密封存儲后返回地球，易操縱。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置，包括塵埃粒子采集口、進氣管、過濾收集裝置、排氣管以及返回器，所述過濾收集裝置安裝在返回器內，所述返回器安置在探測器內部，所述進氣管和排氣管分別穿入返回器與過濾收集裝置連接，所述塵埃粒子采集口和所述排氣管連接探測器外側，便于火星大氣的進入和排出；所述塵埃粒子采集口與進氣管前端相連，所述進氣管與過濾收集裝置的過濾入口相連，過濾收集裝置的過濾出口與排氣管相連。

優選地，所述塵埃粒子采集口為活動部件。進入火星大氣前，采集口處于收攏狀態并與其他部件共面，避免影響整體裝置的氣動外形；進入火星大氣后，采集口處于打開狀態，利于大氣涌入。

優選地，所述塵埃粒子采集口采用倒圓角結構，用于減緩因高速氣流在拐角處造成的紊流現象。

優選地，所述塵埃粒子采集口內布置有納米氣凝膠材料，用于對高速氣流及其攜帶的微粒進行減速，同時保證微粒不發生化學反應。

優選地，所述過濾收集裝置采用納米篩材料，納米篩材料是由納米制成的多孔透氣材料，具有很強的吸附能力，能夠將大氣中的固體顆粒吸附在納米篩中并排除空氣。

上述的超高速飛行狀態下火星塵埃收集裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟一、火星塵埃收集裝置隨探測器發射入軌，到達火星采用制動捕獲方式，在高速進入火星大氣過程中，火星塵埃收集裝置的采集口處于敞開狀態，直接采集火星大氣離子和大氣中灰塵微粒；

步驟二、火星大氣由進氣管經過納米氣凝膠后減速到達過濾收集裝置，由納米篩吸附大氣中的微粒并收集，并通過排氣管將過濾后的空氣導引排出；

步驟三、采樣結束后，將所收集的微粒直接封存在返回器內，返回地球，實現火星大氣和微粒的采樣。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

可以實現在火星大氣中高速飛行狀態下過濾式微塵采樣，避免傳統取樣返回中著陸下降和火表上升環節，降低燃料消耗，取代傳統機械臂鉆孔取樣的復雜結構，減少探測器重量和任務復雜度，具有工程應用價值。

附圖說明