小行星着陆器锚系统及其实验研究

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1、第45卷第4期2013年8月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics8LAstronautics小行星着陆器锚系统及其实验研究赵志军赵京东刘宏(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨，150080)V01．45No．4Aug．2013摘要：针对小行星表面着陆器容易反弹及飘走的难题，设计了一种将着陆器锚固在小行星表面的锚系统。基于小行星特点，对锚系统设计方案进行了分析，选择“链式锚固方式”作为本研究的锚系统方案。基于该方案对锚系统进行了设计，其包括锚固单元、缠绕单元、解锁单元、线绳单元及电气控制单元。对锥形锚尖的侵彻

2、深度进行了研究。经过在冻土介质中的侵彻／锚固实验及气浮微重力环境下的拖拽实验，证明该锚系统具有微重力环境下对小行星着陆器进行锚固及拖拽的基本功能。关键词：小行星着陆器；微重力；锚系统；锚固；侵彻中图分类号：V476．4文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)04一0461一07DeVelopmentandExperimentalAnalysisOfAnchoringSvstemforAsteroidLanderZ^口oZ^iJM以，Z^口DJi咒gdo卵g，Li“Ho靠g(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstit

3、uteofTechn0109y，Harbin，150080，China)Abstract：Thelanderiseasytoreboundandflowawaywhenlandingonanasteroid．Tosolvethisprob一1em，ananchoringsystemwhichcouldanchorthelandertothesurfaceoftheasteroidisdesigned．Therelatedcharacteristicsoftheasteroidconstrainingthedesignoftheanchoringsystemareanalyzed．The

4、anchoringsystemisdesignedaccordingtothe”cordconnectingmode”afteranalyzingthedesignalterna—tivesoftheanchoringsystem．Itconsistsofanchoringunit，windingunit，unlockingunit，wireunitandelectric／controlunit．Thepenetrationdepthoftheconicanchortipisalsostudied．Thepenetrating／an—choringcapabilityanddraggi

5、ngcapabilityundermicrogravityoftheanchoringsystemaretested．Exper—imentsshowthattheanchoringsystemcouldpenetrate／anchorinthefrozenmediumanddragthelandertothe1andingslopeundermicrogravityenvironment．Keywords：asteroidlander；microgravity；anchoringsystem；anchoring；penetration小行星产生于太阳系形成初期，是研究太阳系起源、生命

6、起源等重大科学课题的活化石[11；其含有贵重金属、稀有元素、矿物质等瞳]，通过对小行星的开发利用可以解决目前地球能源匮乏的难题，保护地球环境，同时获得较好的经济效益；此外开发利用小行星可促进深空探测技术的进步。目前对小行星探测的方式有地面观测、轨道器探测[3]、取样返回研究[41等，这些方式对小行星特性的了解依次加深和全面，但都有其局限性，即不能实现小行星的本地探测研究，以便对其各种参数特性及其相互之间的关系展开全面深入的研究。小行星着陆器可以将仪器设备安置在小行星表面基金项目：国家自然科学基金(51105091)资助项目；国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2008AAl2A2

7、14)资助项目。收稿日期：2012—12—28；修订日期：2013一01—16通信作者：赵京东，男，副教授，1977年出生，E—mail：loveoccult@yahoo．com．cn。462南京航空航天大学学报第45卷而实现小行星的本地探测，同时小行星的着陆器探测可以为将来开发利用小行星奠定基础。小行星着陆器探测的难点之一是由于小行星表面弱引力而导致着陆器在其表面的飘走及反弹，其解决方法是在着陆器上设计一种装置，该装置能够实现着陆器在小行星表