月球探测着陆方式专利分析

黄达飞

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心       江苏 苏州 215000

摘要：

月球探测是人类进行太阳系探索的开端，大大提升了人类对月球、地月空间和太阳系的认识，着陆方式对于月球探测起着至关重要的因素。本文对月球探测着陆方式专利技术进行分析。

关键词：

月球，探测，专利，着陆

前言

对于登月探测的月球探测器，可因飞行任务的不同采用不同的着陆方式，在开展探测的初始阶段，只能通过击中月球，即硬着陆的方式，苏联发射的月球-2便是采用硬着陆方式。在发射月球探测器的成熟期，探测器在落向月面的过程中用制动发动机减速，使到达月面时的速度接近于0，也即软着陆，月球-9则采用软着陆方式。因此，根据着陆的方式不同，可以将其分解为硬着陆和软着陆。

一、月球探测着陆方式专利分析

硬着陆，是指航天器未经专门减速装置减速，而以较大速度直接冲撞着陆的着陆方式，硬结构探测器穿入行星表面时，通过行星土介质的变形和同探测器的摩擦来逐步耗散其动能。

航天器以硬着陆的方式探月，其主要结构为深空撞击器，CN106516178A公开了一种串联模块组合式通用撞击器构型，包括撞击段、缓冲段、功能段以及扩展段， CN108820254A公开了一种单向抗压可拉脱撞击分离结构，该结构依靠撞击器两个分体间的剪切力即可实现跳脱分离，同时配合导轨保证分离姿态。CN109131957A公开了一种可展开地外天体侵彻限位装置，该装置在之前的结构上添加了可展开的限位单体，限位装置能够进行收拢与展开；采用展开后自锁，防止出现限位单体发生松动。

             

CN106516478A  CN108820254A   CN109131957A

图1 深空撞击器专利图

“软着陆”是相对于“硬着陆”方式而言的。指航天器经专门减速装置减速后，以一定的速度安全着陆的着陆方式。航天器在降落过程中，逐渐减低降落速度，使得航天器在接触地球或是其他星球表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损伤地降落到地面或者其他星球表面上，从而实现安全着陆的技术。软着陆按照其缓冲装置的不同，主要可以分为以下几类：反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构以及组合减速。

（1）反推火箭

美US3154265A公开了一种通过反冲火箭来实现软着陆的方法。CN107933973A中公开了月球着陆器反推进最优控制策略， CN111498149A公开了一种基于并联变推力发动机的软着陆姿轨控制一体控制方法，其通过反推发动机实现缓冲。

（2）缓冲气囊方式

US3053476A中叙述了一种通过在航天器下方设置气囊的方式来实现软着陆，通过在着陆过程中使用充气的气囊来实现着陆能量的缓冲，从而保护航天器内的人员以及仪器。

（3）软着陆机构

软着陆机构的主要种类有液压缓冲装置、铝蜂窝缓冲器、磁流变缓冲装置、电磁阻尼缓冲装置和机械式弹簧缓冲装置。

CN102092484A公开了一种可折叠式轻型着陆机构，其中通过液压缓冲器实现缓冲。CN103407516A公开了一种用于月面上升的具有姿态调整功能的腿式缓冲装置，该结构采用蜂窝芯子，可以在着陆时起到缓冲作用。CN110271694A公开了一种单出杆旁通阀式磁流变液着陆腿，磁流变技术是通过改变磁流变材料的工作电磁场产生磁流变效应，从而将磁电能转换为电能或者热能，实现能量的转换。CN101580125A公开了一种多自由度姿态调节的万向缓冲器，将可控刹车盘、电磁阻尼器和姿态调节电机的技术引入到缓冲器中来，弥补传统缓冲器的不足。CN102060106A公开了一种行星探测器的缓冲着陆腿，其提供一种可反复使用的行星探测器软着陆缓冲腿，当着陆腿受到着陆冲击时，内筒向里推动，内筒外壁上的螺旋凸齿也即棘齿向外侧挤压棘爪，棘爪再压迫弹性件板簧，从而实现缓冲。

图2 缓冲结构分类图

（4）组合减速

组合减速是通过反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构等多种方式实现减速，从而达到软着陆的目的。JP04-287800A公开了通过软着陆机构和气囊实现软着陆，通过气囊来提供较大的反作用力接触面积，受压缩行程大，产生的缓冲效果明显，同时产用软着陆机构来避免因为缓冲气囊而产生的反弹和翻滚。CN105659737B公开了一种月球表面着陆探测器构型，其通过主发动机以及可以展开的着陆结构实现软着陆。

二、结语

对于着陆方式，专利申请主要涉及软着陆技术，这是因为硬着陆仅在早期的月球探测中使用，后期均采用更加安全的软着陆方式登月，软着陆主要分为反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构以及组合减速等。航天器在降落过程中，逐渐减低降落速度，使得航天器在接触地球或是其他星球表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损伤地降落到地面或者其他星球表面上。该文章总结了月球探测工程中的着陆方式，对以后的航天器着陆方式具有一定意义。

参考文献

[1] 卢波. 世界月球探测的发展回顾与展望. 国际太空[J]. 2019,(01): 12-18.

[2] 裴照宇，等. 月球探测进展与国际月球科研站. 科学通报[J]. 2020,65(24): 2577-2586.