火星全向气囊的着陆缓冲特性研究

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1、航天返回与遥感第33卷第2期SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2012年04月火星全向气囊的着陆缓冲特性研究戈嗣诚(北京空间机电研究所，北京100076)摘要全向气囊是一种适应性较强的着陆缓冲装置，能在火星着陆过程中有效保护着陆器的安全。文章针对某一种全向气囊与着陆器构型方案，首先建立了气囊和着陆器结构的数学有限元模型，并对全向气囊的着陆缓冲过程进行了动力学仿真，获取重要结构部位的缓冲过载。其次利用全向气囊原理样机，按照仿真时的工况进行了投放试验．测量了相应结构部位的缓冲过载。研

2、究结果表明，理论分析与试验结果基本一致．可为将来火星全向气囊的工程应用研究提供一定的参考。关键词全向气囊着陆缓冲装置动力学仿真原理样机试验中图分类号：TB12文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)02—0016—07DOI：10．3969／j．issn．1009-8518．2012．02．003StudyonCushioningCharacteristicofMarsOmni--directionAirbagGESichengfBejjingInstituteofSpaceMechanics＆

3、Electricity，Beijing100076，China)AbstractTheomni—directionairbagisatypeofcushioningdeviceforMarslandingwithhighadaptability，whichcouldpreventMarslanderfromdamageeffectively．Inthispaper，aimingatonetypeofomni—directionairbags．thestructura1designandlandingmathe

4、maticandmechanicalmodelareestablishedbyuseofmodernFEManalysistechnology．Thesimulationprocessisdeveloped，andtheoverloadofimportantstructuralpartsareobtained．Thentheprinciplepatternoftheomni-directionairbagisusedindroppingexperiment，whoseexperimentalcondition

5、isthesameasthatinthesimulation．Andtheoverloadofcorrespondingstructuralpartsareobtained．TheresuItdemonstratesthegoodconformitybetweentheoreticsanalysisanddroppingexperiment，andcanhelpt0carryouttheapplicationalresearchoftheMarsomni—directionairbag．Keywordsomn

6、i—directionairbag；landingcushioningdevice；dynamicssimulation；breadboardtest1引言火星是自然环境最接近地球的行星，被认为最适合人类移民的星球。但与地球相比，火星有着更为严酷的环境．不利于探测器的进入减速与着陆。火星表面温度随季节和昼夜变化较大，在一80。C-+20。C之间；火星表面被沙漠和岩石覆盖，两极存在大量的冰；火星存在微弱的磁场和稀薄的大气，每年有几个月连续的沙尘暴。收稿日期：2011-09-09基金项目：国家863高技术计划资助

7、项目(2008AA12A205)第2期戈嗣诚：火星全向气囊的着陆缓冲特性研究17火星着陆任务的核心就是“实现进入火星大气层、火星表面软着陆以及着陆器安全打开”，其中关键环节之一为“火星表面软着陆”．一旦火星表面软着陆失败，则意味着整个任务的失败。因此，着陆缓冲装置是火星探测器着陆任务当中非常重要的环节。缓冲气囊是航天器软着陆工程上常用的一种着陆缓冲装置，可以明显地降低着陆器着陆时的冲击载荷。其优点是：占用探测器或飞行器的空间小和质量轻；缓冲环境条件要求低，适应性强；缓冲性能可靠，缓冲效率高．适应的速度范围较大

8、。在火星着陆器软着陆过程中，缓冲气囊的优越性体现得更加充分。火星探测器所采用的气囊着陆缓冲系统是一种全向缓冲系统，缓冲过程中气囊封闭不排气。不论着陆点表面的地貌情况如何。不论是哪个方向受到冲击．气囊系统都具有足够的缓冲保护作用。美国的“火星探路者”、“勇气号”和“机遇号”等火星探测器均采用了气囊缓冲软着陆。成功完成登陆火星及巡视任务。为了深人了解全向气囊的缓冲机理和设计方法．本文先开展了全向气囊设计