[发明专利]地外天体穿透器总体参数设计方法

说明书

本发明公开了一种地外天体穿透器总体参数设计方法，包括：确定穿透器设计输入参数；探测载荷质量、尺寸、功率、工作时间、数据量；通信模块质量、尺寸、通信时间、功率；控制器质量、尺寸、工作时间、功率；热控功率、热控功耗；电池组总容量、质量、尺寸；穿透器侵彻级外形参数，侵彻初始速度、侵彻级壳体质量；穿透器姿控动力系统重量；穿透器轨控动力总冲，穿透器轨控动力质量、推力偏差、推力线偏斜、推力线横移；姿控动力总冲；根据姿控动力总冲，重新确定穿透器姿控动力系统重量；开展穿透星壤过程动力学仿真；本发明可实现地外天体穿透器快速设计。

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别是一种地外天体穿透器总体参数设计方法。

背景技术

地外天体穿透式探测器作为地外天体表面原位探测的重要方式，各航天大国纷纷开展相关研究。而目前穿透器均针对穿透器某一分系统，如结构构型、抗高过载、能源、制导控制等开展研究，未见穿透器总体方案设计相关技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种地外天体穿透器总体参数设计方法，本发明可实现地外天体穿透器快速设计。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种地外天体穿透器总体参数设计方法，包括以下步骤：

(1)确定穿透器设计输入参数，包括投放方式、飞行距离、质量及尺寸约束、穿透深度、星壤力/热/电学参数、原位探测目标、通信模式；

(2)根据所述原位探测目标，确定探测载荷功能及性能指标参数，开展探测载荷集成设计，进而确定所述探测载荷质量m₁、尺寸、功率p₁、工作时间t₁、数据量；

(3)根据通信模式、穿透深度及星壤电学参数，结合步骤(2)中确定的探测数据量，开展通信模块数据链设计、天线设计、基带及射频前端设计、通信模块结构设计，进而确定通信模块质量m₂、尺寸、通信时间t₂、功率p₂；

(4)根据穿透器投放方式、飞行距离、环境条件、落点速度及精度，初步确定穿透器姿轨控动力方案、导航方案，方案确定后可以开展控制器导航组件、主控电路、供电电路、驱动电路模块设计，最终确定控制器质量m₃、尺寸、工作时间t₃、功率p₃；

(5)根据步骤(2)、(3)确定的探测时间t₁、通信时间t₂，结合星壤热学参数及外界环境条件，开展穿透器整器热学设计，即可初步确定热控功率p₄、热控功耗w₄＝p₄(t₁+t₂)；

(6)根据步骤(2)、(3)、(4)、(5)中确定的探测载荷功耗w₁＝p₁t₁、通信模块功耗w₂＝p₂t₂、控制器功耗w₃＝p₃t₃、热控功耗w₄，结合姿轨控动力装置、探测载荷、控制器所需的供电电压体制，开展单体电池选型及电池组串并联方案设计，最终可确定电池组总容量w＝w₁+w₂+w₃+w₄、质量m₄、尺寸；

(7)根据步骤(2)、(4)、(6)确定出的各部件质量及包络尺寸，结合穿透深度、星壤力学参数边界条件，利用侵彻经验公式及工程经验，并开展侵彻仿真优化校核分析，初步确定穿透器侵彻级外形参数，包括直径D、壁厚b、长度L、侵彻头曲率比CRH；并确定侵彻初始速度V、侵彻级壳体质量m₅；