一種空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放裝置及釋放方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放方法，特別是一種速度精確控制釋放的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，屬于航天器地面試驗(yàn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在月球探測(cè)活動(dòng)中，著陸器在月面上的安全著陸是任務(wù)實(shí)施的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于在最終著陸時(shí)刻，著陸器有可能以一定的豎直速度、水平速度和姿態(tài)下落，由著陸支架吸收著陸沖擊能量，并為著陸器提供支撐穩(wěn)定的作用，一旦著陸支架在沖擊過(guò)程中破壞，或者在俯仰方向的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生傾倒，將會(huì)使攜帶的巡視器無(wú)法工作，導(dǎo)致整個(gè)月球著陸探測(cè)任務(wù)的失敗。為了驗(yàn)證著陸器的穩(wěn)定性及著陸支架的緩沖性能，需要開展采用高塔投放著陸器的著陸緩沖試驗(yàn)，所以需要對(duì)著陸器進(jìn)行精確的釋放控制以模擬真實(shí)著陸器在月球表面的最后著陸過(guò)程。
[0003]現(xiàn)有投放控制裝置采用機(jī)構(gòu)解鎖的形式，通過(guò)拔銷觸發(fā)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，當(dāng)擺桿運(yùn)動(dòng)到投放位置時(shí)，鋼絲繩繃直拉出拔銷，解鎖機(jī)構(gòu)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)著陸器與擺桿的分離。該技術(shù)控制鋼絲繩的長(zhǎng)度控制解鎖時(shí)機(jī)，精度差，由多桿組成的解鎖機(jī)構(gòu)的解鎖動(dòng)作存在一定延時(shí)，而且著陸器在與擺桿分離后附帶較多的解鎖機(jī)構(gòu)部件，一定程度上影響著陸器的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足月球著陸的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)目的是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放方法，實(shí)現(xiàn)了著陸器與投放裝置在指定條件下的分離釋放，以獲得精確的著陸速度和姿態(tài)，從而對(duì)著陸器的穩(wěn)定性及著陸支架的性能進(jìn)行評(píng)估。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0006]一種空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放裝置，其特征在于包括:多組光電傳感器、光電支架、無(wú)線控制裝置、釋放裝置、著陸器、測(cè)量裝置和高塔；
[0007]光電支架，架設(shè)在高塔塔臂上用于安放光電傳感器；
[0008]多組光電傳感器，分別安裝在光電支架上的不同位置，實(shí)時(shí)測(cè)量著陸器的擺動(dòng)位置，當(dāng)著陸器擺動(dòng)到不同位置的光電傳感器時(shí)，對(duì)應(yīng)的光電傳感器發(fā)出光電觸發(fā)信號(hào)到無(wú)線控制裝置；
[0009]無(wú)線控制裝置，根據(jù)接收到的光電傳感器發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送釋放控制信號(hào)到釋放裝置，同時(shí)發(fā)送測(cè)量觸發(fā)信號(hào)到測(cè)量裝置；
[0010]釋放裝置，連接著陸器和高塔擺桿，并在接收到無(wú)線控制裝置發(fā)出的釋放控制信號(hào)后，釋放著陸器；
[0011]測(cè)量裝置，接收到無(wú)線控制裝置發(fā)送的測(cè)量觸發(fā)信號(hào)后，實(shí)時(shí)測(cè)量著陸器的運(yùn)動(dòng)速度和姿態(tài)變化；
[0012]著陸器安裝在高塔塔臂下方的擺桿上。
[0013]高塔包括塔身、塔臂、卷?yè)P(yáng)機(jī)、擺桿；
[0014]塔臂位于塔身的頂端，并可以沿塔身上下移動(dòng)；擺桿懸掛于塔臂下方，并通過(guò)釋放裝置與著陸器相連；卷?yè)P(yáng)機(jī)位于塔身底部，用于將著陸器拉起，拉起位置位于所有光電傳感器的左側(cè)。
[0015]光電傳感器包括3組光電傳感器K1、K2、K3，光電傳感器Kl、K2、K3分別包括I個(gè)發(fā)射模塊和I個(gè)接收模塊；
[0016]光電傳感器K1、K2、K3的發(fā)射模塊實(shí)時(shí)向接收模塊發(fā)送激光束。
[0017]光電支架為2個(gè)L形結(jié)構(gòu)的支架，分別安裝在擺桿兩側(cè)用于安放光電傳感器的發(fā)射模塊和接收模塊；光電傳感器K1、K2、K3安裝在平行于塔臂的光電支架的橫桿上，并且位置可調(diào)；光電傳感器Κ2安放在擺桿搖擺到豎直時(shí)的對(duì)應(yīng)位置，光電傳感器Kl和Κ3安裝在光電傳感器Κ2的左右兩側(cè)。
[0018]無(wú)線控制裝置實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的快速傳遞，無(wú)線控制裝置包括第一控制單元、第二控制單元、第三控制單元；第一控制單元又包括三個(gè)串聯(lián)的開關(guān)Jl、J2、J3、遙控收發(fā)器和電源；初始狀態(tài)，開關(guān)J1、J2處于斷開狀態(tài)，開關(guān)J3處于閉合狀態(tài)；第一控制單元接收到光電傳感器K1、K2、K3發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，分別觸發(fā)開關(guān)Jl、J2閉合，開關(guān)J3斷開；當(dāng)觸發(fā)Jl、J2閉合時(shí)，開關(guān)Jl、J2、J3同時(shí)閉合，第一控制單元內(nèi)部電路接通，并通過(guò)遙控收發(fā)器以無(wú)線形式發(fā)送釋放控制信號(hào)和測(cè)量觸發(fā)信號(hào)到第二控制單元和多臺(tái)第三控制單元；
[0019]第二控制單元、第三控制單元將接收到釋放控制信號(hào)和測(cè)量觸發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至釋放裝置和測(cè)量裝置。
[0020]釋放裝置采用掛彈夾或火工裝置。
[0021]測(cè)量裝置采用高速攝像機(jī)。
[0022]一種基于空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放裝置的釋放方法，包括步驟如下:
[0023](I)在高塔塔臂上安裝光電支架，光電支架布置在擺桿兩側(cè)，支架的橫桿沿塔臂方向；
[0024](2)在光電支架的橫桿上依次安裝3組光電傳感器Kl、K2、K3，光電傳感器K2安放在擺桿搖擺到豎直時(shí)的對(duì)應(yīng)位置，光電傳感器Kl和Κ3安裝在光電傳感器Κ2的兩側(cè)，光電傳感器Kl靠近塔身方向，光電傳感器Κ3遠(yuǎn)離塔身方向，將光電傳感器Kl、光電傳感器Κ2、光電傳感器Κ3的發(fā)送模塊和接收模塊之間的激光光束導(dǎo)通；
[0025](3)在著陸器與釋放裝置連接后，用卷?yè)P(yáng)機(jī)將著陸器拉起，拉起至光電傳感器Kl的左側(cè)；
[0026](4)釋放卷?yè)P(yáng)機(jī)拉繩，擺桿向下擺動(dòng)，當(dāng)著陸器上方擺桿運(yùn)行到光電傳感器Kl所在位置，切斷光電傳感器Kl的發(fā)射模塊和接收模塊之間的激光束，光電傳感器Kl向無(wú)線控制裝置發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)開關(guān)Jl閉合；
[0027](5)當(dāng)著陸器上方擺桿運(yùn)行到釋放位置，即光電傳感器Κ2所在位置，切斷光電傳感器Κ2的發(fā)射模塊和接收模塊之間的激光束，光電傳感器Κ2向無(wú)線控制裝置發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)開關(guān)J2閉合；
[0028](6)無(wú)線控制裝置中的開關(guān)J1、J2、J3同時(shí)閉合，無(wú)線控制裝置發(fā)送釋放控制信號(hào)到釋放裝置以及發(fā)送測(cè)量觸發(fā)信號(hào)到測(cè)量裝置；
[0029](7)釋放裝置釋放著陸器，同時(shí)測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量著陸器的運(yùn)動(dòng)速度和姿態(tài)變化；
[0030](8)擺桿繼續(xù)擺動(dòng)，當(dāng)著陸器上方擺桿運(yùn)行到光電傳感器K3所在位置，切斷光電傳感器K3的發(fā)射模塊和接收模塊之間的激光束，光電傳感器K3向無(wú)線控制裝置發(fā)送觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)開關(guān)J3斷開；
[0031](9)無(wú)線控制裝置中的開關(guān)Jl、J2閉合、J3斷開，無(wú)線控制裝置停止工作。
[0032]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0033](I)本發(fā)明采用3組光電傳感器作為信號(hào)啟動(dòng)裝置，分別實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)信號(hào)預(yù)觸發(fā)、觸發(fā)和關(guān)閉的功能，具有防止誤動(dòng)作，信號(hào)快速反應(yīng)和單次觸發(fā)后斷路保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了著陸器在特定位置下的釋放，優(yōu)點(diǎn)是控制精度高，反應(yīng)靈敏，釋放安全可靠，能夠同步進(jìn)行測(cè)量無(wú)線觸發(fā)，并獲取精確的著陸速度和姿態(tài)。
[0034](2)本發(fā)明采用光電傳感器安裝固定在光電支架上的設(shè)計(jì)，具有傳感器位置可調(diào)，從而對(duì)釋放位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，并操作方便的優(yōu)點(diǎn)，通用性較強(qiáng)，大大節(jié)省了設(shè)計(jì)成本，易于推廣。
[0035](3)本發(fā)明采用無(wú)線收發(fā)控制裝置實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)送和接收，具有“一發(fā)多收”和遠(yuǎn)距離控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0036](4)本發(fā)明采用機(jī)械機(jī)構(gòu)或火工裝置實(shí)現(xiàn)著陸器的釋放，具有分離響應(yīng)快，同步性好，附加結(jié)構(gòu)少等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明試驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明觸發(fā)信號(hào)原理示意圖；
[0039]圖3為本發(fā)明無(wú)線控制裝置組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0041]本發(fā)明的目的是解決著陸器最終著陸狀態(tài)的模擬問(wèn)題。對(duì)于著陸器在月球著陸的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)著陸器的速度的控制能力為豎直速度不大于4m/s，水平速度不大于Im/s，在地面試驗(yàn)中，采用鐘擺原理及自由落體原理獲取著陸器的著陸速度，著陸器在鐘擺最低點(diǎn)釋放，以lm/s的水平速度運(yùn)動(dòng)，在重力的作用下，在著陸時(shí)刻同時(shí)滿足水平速度及豎直速度的要求。釋放時(shí)機(jī)的偏差將影響著陸器的著陸速度及姿態(tài)，著陸條件有利時(shí)，將影響著陸支架的性能考核，著陸條件惡劣時(shí)，有可能對(duì)著陸支架產(chǎn)品破壞性傷害，均會(huì)嚴(yán)重影響型號(hào)的研制進(jìn)度。
[0042]如圖1、2、3所示，本發(fā)明一種空間光電位置感知無(wú)線控制精確釋放裝置，包括多組光電傳感器、光電支架、無(wú)線控制裝置、釋放裝置、著陸器、測(cè)量裝置和高塔；
[0043]光電支架，架設(shè)在高塔塔臂上用于安放光電傳感器；
[0044]多組光電傳感器，分別安裝在光電支架上的不同位置，實(shí)時(shí)測(cè)量著陸器的擺動(dòng)位置，當(dāng)著陸器擺動(dòng)到不同位置的光電傳感器時(shí)，對(duì)應(yīng)的光電傳感器發(fā)出光電觸發(fā)信號(hào)到無(wú)線控制裝置；
[0045]無(wú)線控制裝置，根據(jù)接收到的光電傳感器發(fā)送的觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送釋放控制信號(hào)到釋放裝置，同時(shí)發(fā)送測(cè)量觸發(fā)信號(hào)到測(cè)量裝置；
[0046]釋放裝置，連接著陸器和高塔擺桿，并在接收到無(wú)線控制裝置發(fā)出的釋放控制信號(hào)后，釋放著陸器；釋放裝置采用掛彈夾或火工裝置。
[0047]測(cè)量裝置，接收到無(wú)線控制裝置發(fā)送的測(cè)量觸發(fā)信號(hào)后，實(shí)時(shí)測(cè)量著陸器的運(yùn)動(dòng)速度和姿態(tài)變化；測(cè)量裝置采用高速攝像機(jī)。
[0048]著陸器安裝在高塔塔臂下方的擺桿上。
[0049]高塔
[0050]高塔包括塔身、塔臂、卷?yè)P(yáng)機(jī)、擺桿；
[0051]塔臂懸掛在塔身側(cè)面，并可以沿塔身上下移動(dòng)；擺桿安裝于塔臂下方，并通過(guò)釋放裝置與著陸器相連；卷?yè)P(yáng)機(jī)位于