[發明專利]一種可進行物品轉移的噴氣式轉移裝置及方法

在審

• 申請號: 202011188195.9
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112357123A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 于杭健;張正峰;葉青;楊孟飛;龐彧;邢立坤;李青
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B64G1/26
• 分類號: B64G1/26
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發明公開了一種可進行物品轉移的噴氣式轉移裝置及方法。噴氣式轉移裝置，包括高壓氣瓶、壓力計、電爆閥、自鎖閥、噴氣組件、供電控制模塊和氣體管路；通過氣動作用力來產生推力，能夠有效的完成空間物品的轉移任務，相對于傳統依靠機械手、傳送帶、推桿等轉移方式，具有結構組成簡單、系統重量輕、占用空間小、轉移速度快、可靠性高等特點。此外，本發明中，高壓氣瓶可以采用航天器上推進系統中原有的高壓氣瓶，供電控制模塊可以利用航天器上數據管理系統中的控制配電模塊，無需單獨進行配置，節約系統資源，最大限度的提高產品的功能復用。

技術領域

本發明涉及空間樣品轉移技術領域，具體涉及一種可進行物品轉移的噴氣式轉移裝置及方法。

背景技術

深空探測及空間科學航天器在完成地外天體的樣品采集或空間科學實驗等任務后，需要將樣品容器或科學實驗設備攜帶回地面，以便進一步開展科學研究工作。受到航天器重量、體積等因素的限制，無法將全部的樣品采集設備或者科學實驗設備都帶回地面，僅能夠將最終的科學試驗成果帶回地面。例如在我國探月工程三期任務中，全部樣品采集任務由探測器的四個器共同完成，分別是軌道器、著陸器、上升器和返回器。軌道器首先負責將其它三器送入環月軌道，著陸器負責攜帶上升器降落到月球表面并完成樣品采集任務，上升器負責由月面起飛上升、將采集樣品后的樣品容器再次送入環月軌道，軌道器攜帶返回器實現與上升器的交會對接，在上升器將樣品容器送入返回器內部接收容器后，軌道器攜帶返回器離開環月軌道并沿月地(月球-地球)轉移軌道飛向地球，在接近地球時，返回器與軌道器分離，并攜帶樣品容器返回地面，完成全部飛行任務。

在空間中進行物品的轉移任務，可以采取抓取式空間機械手、履帶式傳送機構、伸展式推桿等多種途徑，但這幾種方式都具有重量與尺寸大、能源需求高、控制方式復雜、可靠性低等特點。由于受航天器在重量、尺寸、能源等多方面的嚴格約束，在實施方面具有較大的難度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可進行物品轉移的噴氣式轉移裝置及方法，利用高壓氣體所產生的推力，實現物品在空間中的可靠轉移。解決了空間物品轉移裝置控制復雜、能源需求大、尺寸大、可靠性低等問題。

本發明的可進行物品轉移的噴氣式轉移裝置，包括高壓氣瓶、壓力計、電爆閥、自鎖閥、噴氣組件、供電控制模塊和氣體管路；其中，噴氣組件放置于待轉移物品后方，噴氣組件通過氣體管路連接高壓氣瓶，電爆閥和自鎖閥設置在氣體管路上，壓力計安裝在高壓氣瓶的出氣口處，供電控制模塊用于控制電爆閥和自鎖閥的開閉。

較優的，高壓氣瓶中氣體為氦氣或氮氣，氣體壓力為5MPa～10MPa。

較優的，自鎖閥的開啟時長為0.3s～2s。

較優的，所述噴氣組件為噴嘴。

較優的，噴嘴產生的推力F采用如下公式計算得到：

式中，p_c為噴管出口壓力，p_e為噴嘴喉部壓力，p_a為環境壓強，A_t為噴嘴的喉部面積，A_e為噴嘴的出口面積，k為氣體比熱比，Γ為與比熱比k有關的單值函數。

本發明還提供了一種空間物品轉移方法，采用上述噴氣式轉移裝置進行轉移。

有益效果：

本發明通過氣動作用力來產生推力，能夠有效的完成空間物品的轉移任務，相對于傳統依靠機械手、傳送帶、推桿等轉移方式，具有結構組成簡單、系統重量輕、占用空間小、轉移速度快、可靠性高等特點。

高壓氣瓶可以采用航天器上推進系統中原有的高壓氣瓶，供電控制模塊可以利用航天器上數據管理系統中的控制配電模塊，無需單獨進行配置，節約系統資源，最大限度的提高產品的功能復用。

附圖說明