本發(fā)明涉及火星取樣返回探測任務(wù)的微粒收集技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

相比于地球大氣層，火星大氣非常稀薄，但其中含有大量塵埃。因為火星表面常年風力較大，時常性的沙塵暴會把火星表面的土壤微粒吹到空中。根據(jù)觀測，塵暴期間土壤微粒會上升到60km高度，所以在空中就能收集到火星土壤。

傳統(tǒng)火星取樣探測任務(wù)完成樣品收集的前提是保證探測器成功著陸，樣品收集過程機械臂結(jié)構(gòu)正常展開，以及返回器安全上升與返回；整個過程繁瑣復(fù)雜，風險性高。由于機械臂一般采用鉆孔取樣，自由度多且不易操縱，結(jié)構(gòu)強度要求高，增加整器結(jié)構(gòu)重量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置及其使用方法，利用大氣減速實現(xiàn)捕獲，從而實現(xiàn)火星大氣離子和大氣中灰塵微粒的采集，采集完成后，無需轉(zhuǎn)運，直接密封存儲后返回地球，易操縱。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置，包括塵埃粒子采集口、進氣管、過濾收集裝置、排氣管以及返回器，所述過濾收集裝置安裝在返回器內(nèi)，所述返回器安置在探測器內(nèi)部，所述進氣管和排氣管分別穿入返回器與過濾收集裝置連接，所述塵埃粒子采集口和所述排氣管連接探測器外側(cè)，便于火星大氣的進入和排出；所述塵埃粒子采集口與進氣管前端相連，所述進氣管與過濾收集裝置的過濾入口相連，過濾收集裝置的過濾出口與排氣管相連。

優(yōu)選地，所述塵埃粒子采集口為活動部件。進入火星大氣前，采集口處于收攏狀態(tài)并與其他部件共面，避免影響整體裝置的氣動外形；進入火星大氣后，采集口處于打開狀態(tài)，利于大氣涌入。

優(yōu)選地，所述塵埃粒子采集口采用倒圓角結(jié)構(gòu)，用于減緩因高速氣流在拐角處造成的紊流現(xiàn)象。

優(yōu)選地，所述塵埃粒子采集口內(nèi)布置有納米氣凝膠材料，用于對高速氣流及其攜帶的微粒進行減速，同時保證微粒不發(fā)生化學反應(yīng)。

優(yōu)選地，所述過濾收集裝置采用納米篩材料，納米篩材料是由納米制成的多孔透氣材料，具有很強的吸附能力，能夠?qū)⒋髿庵械墓腆w顆粒吸附在納米篩中并排除空氣。

上述的超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟一、火星塵埃收集裝置隨探測器發(fā)射入軌，到達火星采用制動捕獲方式，在高速進入火星大氣過程中，火星塵埃收集裝置的采集口處于敞開狀態(tài)，直接采集火星大氣離子和大氣中灰塵微粒；

步驟二、火星大氣由進氣管經(jīng)過納米氣凝膠后減速到達過濾收集裝置，由納米篩吸附大氣中的微粒并收集，并通過排氣管將過濾后的空氣導引排出；

步驟三、采樣結(jié)束后，將所收集的微粒直接封存在返回器內(nèi)，返回地球，實現(xiàn)火星大氣和微粒的采樣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

可以實現(xiàn)在火星大氣中高速飛行狀態(tài)下過濾式微塵采樣，避免傳統(tǒng)取樣返回中著陸下降和火表上升環(huán)節(jié)，降低燃料消耗，取代傳統(tǒng)機械臂鉆孔取樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，減少探測器重量和任務(wù)復(fù)雜度，具有工程應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例一種超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置在探測器上的安裝布局圖。

圖3為本發(fā)明實施例中塵埃粒子采集口打開過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

如圖2所示，本實施例探測器包括火星塵埃收集裝置1、艙板2和探測器3；火星塵埃收集裝置1安裝在頂部，便于出氣管排除過濾后的火星大氣。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置，包括火星塵埃粒子采集口11、進氣管12、過濾收集裝置13、排氣管14以及返回器15，所述過濾收集裝置11安裝在返回器15內(nèi)，所述返回器15安置在探測器3內(nèi)部，所述進氣管12和排氣管13分別穿入返回器15與過濾收集裝置13連接，所述塵埃粒子采集口11和所述排氣管14連接探測器3外側(cè)，便于火星大氣的進入和排出；所述塵埃粒子采集口11與進氣管前端相連，所述進氣管12與過濾收集裝置13的過濾入口相連，過濾收集裝置13的過濾出口與排氣管14相連。

所述塵埃粒子采集口11為活動部件。采集口與收集裝置通過轉(zhuǎn)軸連接，采集口可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，在收攏狀態(tài)下，采集口在收集裝置內(nèi)部，當需打開時，采集口繞轉(zhuǎn)軸向外轉(zhuǎn)動，使氣流能夠通過采集口進入收集裝置內(nèi)部，過程如圖3所示。

進入火星大氣前，采集口處于收攏狀態(tài)并與其他部件共面，如圖1虛線部分，避免影響整體裝置的氣動外形；進入火星大氣后，采集口處于打開狀態(tài)，如圖1實線部分，利于大氣涌入。

塵埃粒子采集口11處采用倒圓角形式，用于減緩因高速氣流在拐角處造成的紊流現(xiàn)象。

所述塵埃粒子采集口11內(nèi)布置有納米氣凝膠材料，用于對高速氣流及其攜帶的微粒進行減速，同時保證微粒不發(fā)生化學反應(yīng)。

所述過濾收集裝置13采用納米篩材料，納米篩材料是由納米制成的多孔透氣材料，具有很強的吸附能力，能夠?qū)⒋髿庵械墓腆w顆粒吸附在納米篩中并排除空氣

本具體實施還提供了上述超高速飛行狀態(tài)下火星塵埃收集裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟一、火星塵埃收集裝置隨探測器發(fā)射入軌，到達火星采用制動捕獲方式，在高速進入火星大氣過程中，火星塵埃收集裝置的采集口處于敞開狀態(tài)，直接采集火星大氣離子和大氣中灰塵微粒；

步驟二、火星大氣由進氣管經(jīng)過納米氣凝膠后減速到達過濾收集裝置，由納米篩吸附大氣中的微粒并收集，并通過排氣管將過濾后的空氣導引排出；

步驟三、采樣結(jié)束后，將所收集的微粒直接封存在返回器內(nèi)，返回地球，實現(xiàn)火星大氣和微粒的采樣。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。