[發(fā)明專利]一種火星探測器太陽能帆板除塵系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110831994.1
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113650812A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉暢;羅青;周國華;聶云清;段富強;張涵;周利霖
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44;B08B7/02
• 代理公司: 北京力量專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 徐穎超

本申請?zhí)峁┮环N火星探測器太陽能帆板除塵系統(tǒng)，包括火星探測器主體、太陽能帆板、連接裝置、除塵裝置、檢測裝置和除塵控制裝置，除塵裝置安裝在太陽能帆板上，除塵控制裝置安裝在火星探測器主體內(nèi)部，除塵控制裝置用于控制除塵裝置對太陽能帆板除塵，太陽能帆板通過連接裝置與火星探測器主體相連。本申請的火星探測器器太陽能帆板除塵系統(tǒng)能及時清除火星探測器器太陽能帆板上的塵埃，確保太陽能帆板的轉(zhuǎn)換效率處于高效狀態(tài)，提高了火星探測器的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及火星探測器太陽能帆板除塵技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種火星探測器器太陽能帆板除塵系統(tǒng)。

背景技術(shù)

火星探測器采用太陽電池翼，即太陽能帆板提供電能。火星上經(jīng)常出現(xiàn)劇烈的火星風(fēng)暴，在火星風(fēng)的作用下整個火星彌漫著火星塵埃。火星塵埃通過范德華力和靜電力的作用會積聚在太陽能帆板上，使電池的性能下降。火星開拓者(Mars Pathfinder)測試結(jié)果表明：積聚和粘附在太陽能帆板上的塵埃使太陽能帆板的轉(zhuǎn)換效率每個火星日下降約0.28％。2年后，估計太陽能帆板的電性能下降將可達(dá)22％～89％。為保證火星探測器的工作壽命，必須對積聚在太陽能帆板表面的火星塵埃進(jìn)行清除。

目前現(xiàn)有的除塵方式主要是風(fēng)力除塵、刮板毛刷除塵和電磁除塵。首先，風(fēng)力除塵可靠性不高，不適宜火星的惡劣環(huán)境條件。刮板毛刷除塵，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用壽命短。另外，電磁除塵效果不佳，可控性差。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本申請將聲波能量應(yīng)用于火星探測器的太陽能帆板，提出一種火星探測器太陽能帆板聲波除塵系統(tǒng)，聲波除塵相較以上除塵方式效果明顯，適合火星的特殊環(huán)境，可以有效應(yīng)對火星環(huán)境下太陽能帆板積塵的問題。

本申請通過兩種聲波與太陽能帆板的配合方式，有兩種除塵模式。

第一種除塵模式以聲表面波效應(yīng)為作用原理。壓電聲波換能器產(chǎn)生高頻聲波，高頻聲波的頻率范圍是20kHz-80kHz,高頻聲波直接作用于火星塵顆粒，同時激勵太陽能帆板面板產(chǎn)生微振動，以上兩個因素共同作用使得塵粒與太陽能帆板的附著關(guān)系被破壞，由于火星的重力加速度僅為地球的三分之一，所以大部分塵粒飛揚進(jìn)入周圍氣態(tài)介質(zhì)，一部分被聲波挾帶隨聲波遠(yuǎn)離太陽能帆板垂直空間，少部分大粒徑顆粒在聲波作用下，與太陽能帆板的附著關(guān)系被破壞，但是由于重力作用和聲波難以挾帶的雙重影響，仍停留在太陽能帆板。此時，配合太陽能帆板的姿態(tài)改變，將太陽能帆板改為垂直于火星表面姿態(tài)，此時稱姿態(tài)2，仍然停留在太陽能帆板上的塵埃，在重力作用下掉落，達(dá)成除塵效果。

第二種除塵模式以聲波團(tuán)聚效應(yīng)為作用原理。聲波團(tuán)聚效應(yīng)作用于兩個階段。首先在姿態(tài)1，太陽能帆板平行于火星表面姿態(tài)，聲表面波作用除塵時，一部分顆粒并沒有在聲波的激勵和挾帶作用下離開太陽能帆板進(jìn)入空氣，但是在聲波和太陽能帆板激勵振動下，顆粒也進(jìn)行振動，此時顆粒并非與太陽能帆板附著而是分離狀態(tài)，此時，大顆粒充當(dāng)收集核，在小范圍內(nèi)產(chǎn)生聲波團(tuán)聚效應(yīng)，分散的火星塵顆粒，逐漸團(tuán)聚成更大粒子，之后太陽能帆板進(jìn)入姿態(tài)2，塵埃集團(tuán)更容易在重力的作用下，沉降、脫離太陽能帆板。其次，在進(jìn)入姿態(tài)2后，太陽能帆板周圍漂浮著很多火星塵，一部分來自原有的環(huán)境塵埃，另一部分來自聲表面波作用下脫離太陽能帆板進(jìn)入空氣中的塵埃。壓電聲波換能器產(chǎn)生低頻聲波，低頻聲波的頻率范圍是1kHz-10kHz。

聲波作用使得空氣中懸浮的塵埃顆粒產(chǎn)生團(tuán)聚效應(yīng)，顆粒不斷產(chǎn)生碰撞，在范德華力的作用下，形成大粒子團(tuán)，最終沉降，使得空氣中的塵埃得以消除。

具體技術(shù)方案為：

本申請?zhí)峁┮环N火星探測器太陽能帆板除塵系統(tǒng)，其特征在于：包括火星探測器主體、太陽能帆板、連接裝置、除塵裝置、檢測裝置和除塵控制裝置，除塵裝置安裝在太陽能帆板上，除塵控制裝置安裝在火星探測器主體內(nèi)部，除塵控制裝置用于控制除塵裝置對太陽能帆板除塵，太陽能帆板通過連接裝置與火星探測器主體相連。

進(jìn)一步的，除塵裝置為壓電聲波換能器，壓電聲波換能器用于產(chǎn)生聲波，太陽能帆板兩側(cè)裝有壓電聲波換能器。