月面探测器喷气除尘系统设计及试验研究

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1、V01．24No．2航天器工程第24卷第2期134SPACECRAFTENGINEERING2015年4月月面探测器喷气除尘系统设计及试验研究任德鹏周晓舟张伍叶青(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要月球表面广泛分布着尘埃颗粒，月面探测器设计过程中需要考虑月尘的影响作用。文章提出了一套利用探测器推进系统剩余气体实现探测器器表除尘的方案，分析了啧嘴内气流的引射特性，并开展了除尘系统的原理验证试验。结果表明，喷气除尘系统构造简单、方案可行、除尘效果明显，具有较好的应用前景。关键词月尘；除尘系统；喷嘴；引射特性中图分类号：V476．3文献标志

2、码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．02．021StudyonDesignandTestofDustRemovalforLunarLanderRENDepengZHOUXiaozhouZHANGWuYEQing(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thelunarsurfaceisalmostcompletelycoveredbylunardustparticles．Theeffectoflu—na

3、rdustmustbeconsideredinthedesignoflunarlander．Thispaperpresentsadustremovalschemewhichtakesadvantageoftheremaininggasinthepropulsionsystemoftheprobe．Thecharacteristicsoftheejectingflowinsidethenozzleareanalyzed，andtheprincipleverificationtestofthedustremovalsystemiSperformed．T

4、heresultsoftestindicatethatthedustremovalsystemapplyinggasejectioniseffective，simple，feasible，andhasgoodapplicationprospect．Keywords：lunardust；dustremovalsystem；nozzle；characteristicsofejectionflow1引言月尘是月面特殊环境因素之一[1。2]，月尘能够影响月面探测器的正常工作，造成设备失效甚至任务失败[3。6J，月球表面探测器的研制过程中需要考虑月尘等月面环

5、境对探测器的影响。有效清除设备表面上吸附的月尘是月球表面探测器设计的目标之一，至今为止人们都在持续着该领域的研究工作。当前已有的除尘技术，按其原理大致可以分为以下几类：①薄膜遮挡替换除尘法[7]，主要应用于光学镜头的除尘，即镜头前粘贴一层虹膜用于吸附污染物，当污染物累积至一定程度后人工或者机械替换新的虹膜继续对镜头进行污染防护；②电帘除尘法∞。11

6、，即在除尘对象表面按一定规律排列平行电极，通过施加一定频率电场，利用静电力实现除尘；③机械刷除尘法[9’12。，即使用软质毛刷清扫保护面实现除尘；④喷淋除尘方法[9]，采用特殊液体冲刷保护面进行除尘；⑤

7、喷气除尘法[13。14]，利用气流冲刷表面进行除尘。上述主动除尘方案中，或需要人工操作，或需要设计专门的执行机构或高压电源装置，难以应用于月面探测器上。例如，20世纪美国阿波罗登月工程中，虽然登月舱设计有一套机械除尘系统，但实际其工作效果不佳，最终只能依靠宇航员手动除尘口21；收稿日期：2014—07—3l：修回日期：2015一03一11基金项目：国家重大科技专项工程作者简介：任德鹏，男，高级工程师，从事月球探测器总体设计工作。Email：rdpsd@163．corn。第2期任德鹏等：月面探测器喷气除尘系统设计及试验研究而苏联的月面探测器上则均未考

8、虑除尘系统。本文完成了一种月面探测器除尘系统的方案设计，基本不需要探测器的专门资源，质量轻、功耗小，且经试验验证其除尘效果明显，具有较好的应用前景。2方案设计分析在有限的资源条件下，需要结合我国月面探测器的设计特点及其除尘需求，完成除尘系统的总体设计。2．1除尘系统设计要求分析能够应用于月球表面探测器上的除尘系统必须同时具备以下特点：①具备有效的除尘能力，由于月尘颗粒平均粒径仅为70tzm，其颗粒密度相对较大、硬度高，除尘系统须克服月尘与探测器表面的附着力，能够清除探测器较大表面上微小的、吸附性强的月尘；②必须有较小的资源依赖性，发射至月球表面的探

9、测器需要消耗大量的推进剂，探测器的质量资源尤为宝贵，在保证有效除尘的前提下，整套系统的质量、功耗均需降至最低；③需具有高效