一种使用同位素核电源的行星探测器的制作方法

本实用新型涉及核动力航天器领域,具体涉及于一种使用同位素核电源的行星探测器。

背景技术：

探索深空是一个国家综合实力的体现，随着嫦娥系列月球探测器的发射，我国必将开展火星、木星等更远距离的空间探索。本发明公开了一种同位素行星探测器，搭载光学、微波、物理场、空间粒子探测等多种科学载荷，保证科学探测任务的有效实施。探测器采用同位素电源RTG为整器提供电能，当前主要的深空探测器均为欧美等国发射，嫦娥三号月球探测器仅使用同位素热源RHU，我国尚未开展基于RTG的深空探测器的设计工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种使用同位素核电源的行星探测器，采用同位素电源为整个行星探测器供电，不仅可以满足深远空间的电能供给要求，而且能有效减轻传输电缆的重量，有效地实施科学探测任务。

一种使用同位素核电源的行星探测器，该行星探测器包括磁强计伸展臂、RTG电源、科学仪器支撑杆、探测器主结构、磁强计、磁力计杆收缩筒、通信天线；

所述探测器主结构上端通过波浪形连接支架与通信天线固定连接，探测器主结构一侧设置有科学仪器支撑杆，科学仪器支撑杆上安装有光学载荷；所述磁强计伸展臂与科学仪器支撑杆共线布置并且位置相反，磁强计伸展臂通过铰链与探测器主结构侧壁连接，连接处设有磁力计杆收缩筒，发射时收拢在磁强计收缩筒内，磁强计伸展臂端部安装磁强计；两组RTG臂通过铰链活动连接在探测器主结构另一侧，沿磁强计伸展臂对称分布，两组RTG臂中心延长线过航天器的结构中心，两组RTG臂之间的角度根据探测器质量配平及热控设计需要进行设计，每组RTG臂上安装有一个RTG电源；

所述行星探测器在发射阶段，RTG臂、磁强计伸展臂以及科学仪器支撑杆收拢固定在探测器主结构侧壁，行星探测器在轨工作时，RTG臂、磁强计伸展臂以及科学仪器支撑杆由中心计算机控制展开到位。

进一步地，所述探测器主结构下端面通过折线形连接支架与推进舱对接，选择包带或爆炸螺栓解锁分离，推进舱的主模块是一个圆形贮箱，下端安装有四个轨控发动机；探测器主结构和推进舱的下端面都设有与运载火箭相连的接口。

进一步地，所述通信天线包括高增益天线、低增益天线、圆形支撑环，抛物面状的高增益天线一端通过圆形支撑环与波浪形连接支架连接，X波段馈源位于高增益天线反射面中心，上端通过支架连接低增益天线；天线反射面由铝蜂窝芯石墨环氧表皮复合材料构成。

进一步地，所述探测器主结构采用十棱柱碳纤维承力筒结构形式，内部用碳纤维撑杆与碳纤维蒙皮铝蜂窝芯的蜂窝板搭出平台设备的安装空间。

进一步地，所述磁强计伸展臂选用盘绕式伸展臂。

进一步地，所述科学仪器支撑杆上安装的光学载荷有：全色/多光谱相机、红外相机、紫外全谱段成像光谱仪、全偏振分析仪；科学仪器支撑杆中心线与探测器主结构交点的内壁上安装有低能量放电离子探测器。

进一步地，所述探测器主结构下端安装有一组共四个轨控发动机，侧壁均匀安装有四块散热面及四组姿控发动机，每组姿控发动机由3个小发动机组成。

进一步地，所述探测器主结构外壁包裹有热控多层组件，为镀铝聚酯薄膜、聚氟乙烯多层结构，最外层为黑色耐高温导电材料以阻止静电累积。

进一步地，所述RTG臂采用碳纤维材料制成，与探测器主结构连接处的活动部位采用柔性热管，使得RTG电源的热量通过热管导向探测器需要保温的部位。

进一步地，所述探测器主结构外侧壁上贴有微波辐射计、太赫兹大气成分探测仪、γ/X射线谱仪，内侧壁上集中安装有综合电子分系统。

有益效果：

1、本实用新型采用同位素电源为整个行星探测器供电，没有太阳能电池板，满足深远空间的电能供给要求。

2、本实用新型采用综合电子系统，电气、信息及控制等三位一体。设计过程中，体现硬件综合、软件综合及信息综合，并通过综合手段提高系统的可靠性。

3、本实用新型采用光纤总线星载信息系统，各硬件之间采用WIFI进行通信，可有效减轻传输电缆的重量。

4、本实用新型采用大气环境探测类载荷、空间粒子探测类载荷、物理场探测类载荷等多种先进载荷，可更有效地实施科学探测任务。

5、本实用新型主要的光学载荷安装在科学仪器支撑杆上，便于平衡RTG电源的重量，同时也可保证光学载荷无遮挡的视场要求。

6、本实用新型结构构型、布局合理，探测器横向质心尽量靠近整器的纵轴，可以减少探测器发射时运载对整器的冲击；磁强计伸展臂与科学仪器支撑杆共线布置但位置相反，可以避免互相干扰。

附图说明

图1、图3是本实用新型不同视角展开状态示意图；

图2、图4是本实用新型不同视角收拢状态示意图；

图5是本实用新型在轨飞行时的工作状态示意图；

图6是本实用新型未携带推进舱的收拢状态示意图。

其中，1-高增益天线，2-磁强计伸展臂，3-RTG电源,4-推进舱，5-科学仪器支撑杆，6-探测器主结构，7-磁强计，8-磁力计杆收缩筒，9-RTG臂，10-低增益天线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种使用同位素核电源的行星探测器，该行星探测器采用同位素电源供电，包括磁强计伸展臂2、RTG电源3、科学仪器支撑杆5、探测器主结构6、磁强计7、磁强计伸展臂收缩筒8、RTG臂9、通信天线，如图1、图2所示。

探测器主结构6采用十棱柱碳纤维承力筒结构形式，内部用碳纤维撑杆与碳纤维蒙皮铝蜂窝芯的蜂窝板搭出平台设备的安装空间。磁强计伸展臂2选用盘绕式伸展臂，RTG臂9采用碳纤维材料制成，与探测器主结构6连接处的活动部位采用柔性热管，使得RTG电源3的热量通过热管导向探测器需要保温的部位。

通信天线包括高增益天线1、低增益天线10、圆形支撑环，抛物面状的高增益天线1一端通过圆形支撑环与波浪形连接支架连接，X波段馈源位于高增益天线1反射面中心，上端通过支架连接低增益天线10；天线反射面由铝蜂窝芯石墨环氧表皮复合材料构成。

探测器主结构6上端通过波浪形连接支架与通信天线固定连接，探测器主结构6一侧设置有科学仪器支撑杆5，科学仪器支撑杆5上安装有光学载荷，这样便于平衡RTG电源3的重量，同时也可保证光学载荷无遮挡的视场要求。光学载荷有：全色/多光谱相机、红外相机、紫外全谱段成像光谱仪、全偏振分析仪；科学仪器支撑杆5中心线与探测器主结构6交点的内壁上安装有低能量放电离子探测器，可以探测出RTG电源3本身的辐射强度。

磁强计伸展臂2与科学仪器支撑杆5共线布置并且位置相反，磁强计伸展臂2通过铰链与探测器主结构6侧壁连接，连接处设有磁力计杆收缩筒8，发射时收拢在磁强计收缩筒8内，磁强计伸展臂2端部安装磁强计7；两组RTG臂9通过铰链活动连接在探测器主结构6另一侧，沿磁强计伸展臂2对称分布，两组RTG臂9中心延长线过航天器的结构中心，两组RTG臂9之间的角度根据探测器质量配平及热控设计需要进行设计，每组RTG臂9上安装有一个RTG电源3。

探测器主结构6下端面通过折线形连接支架与推进舱4对接，选择包带或爆炸螺栓解锁分离，推进舱4的主模块是一个圆形贮箱，下端安装有四个轨控发动机；探测器主结构和推进舱的下端面都设有与运载火箭相连的接口，供整器发射时与运载火箭连接。推进舱4可根据运载的发射能力进行调整，若运载能力足够，可以不携带推进舱4，如图5、图6所示，探测器主结构6下端安装有一组共四个轨控发动机，侧壁均匀安装有四块散热面及四组姿控发动机，每组姿控发动机由3个小发动机组成。

探测器主结构6外壁包裹有热控多层组件，为镀铝聚酯薄膜、聚氟乙烯多层结构，最外层为黑色耐高温导电材料以阻止静电累积。探测器主结构6外侧壁上贴有微波辐射计、太赫兹大气成分探测仪、γ/X射线谱仪，内侧壁上集中安装有综合电子分系统。

行星探测器在发射阶段，RTG臂9、磁强计伸展臂2以及科学仪器支撑杆5收拢固定在探测器主结构6侧壁，为减少探测器发射时运载对整器的冲击，探测器横向质心尽量靠近整器的纵轴。行星探测器在轨工作时，RTG臂9、磁强计伸展臂2以及科学仪器支撑杆5由中心计算机控制展开到位，如图3、图4所示。

行星探测器在发射入轨后，推进舱4开始工作，将探测器加速到更高速度，行星探测器入轨后与推进舱分离，探测器采用三轴稳定技术提高空间指示精度。采用综合电子系统，电气、信息、控制等三位一体。本实用新型在设计过程中，体现了硬件综合、软件综合和信息综合，并通过综合手段提高系统的可靠性。采用光纤总线星载信息系统，各硬件之间采用WIFI进行通信，可有效减轻传输电缆的重量；采用大气环境探测类载荷、空间粒子探测类载荷、物理场探测类载荷等多种先进载荷，可更有效地实施科学探测任务。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。