Les scientifiques développent un mécanisme d’atterrissage sur un petit corps céleste à pattes pour la simulation d’atterrissage et les tests expérimentaux

Un atterrissage stable est une condition préalable à l’exploration in situ d’un petit corps céleste. La surface d’un petit corps céleste a souvent une faible gravité et est irrégulière, et l’environnement de surface est inconnu et incertain. Le mécanisme d’atterrissage a tendance à rebondir et à se retourner, et le temps de stabilité à l’atterrissage est long. Cependant, même si la plupart des recherches sur les performances d’atterrissage se sont concentrées sur l’alunissage, il existe des différences entre les surfaces de la Lune et de Mars.

Par conséquent, il est important d’étudier les performances d’atterrissage dans différentes conditions afin d’analyser la limite de stabilité à l’atterrissage et de proposer des suggestions d’atterrissage raisonnables pour soutenir l’exploration des petits corps célestes par la Chine.

Dans un article de recherche récemment publié dans Espace : science et technologiedes chercheurs de l’Institut d’ingénierie des systèmes spatiaux de Pékin, de l’Institut de technologie de Harbin et de l’Université polytechnique de Milan ont établi un modèle de simulation d’un mécanisme d’atterrissage dans différentes conditions d’atterrissage, analysé la sensibilité des paramètres clés affectant les performances d’atterrissage et vérifié l’exactitude de la simulation via des tests expérimentaux, qui peuvent guider un mécanisme d’atterrissage pour atterrir de manière stable sur un petit corps céleste.

Tout d’abord, les auteurs reproduisent brièvement le mécanisme d’atterrissage et la simulation d’atterrissage. Le mécanisme d’atterrissage du petit corps céleste utilisé dans la simulation contient un pied d’atterrissage, des jambes d’atterrissage, un élément cardan, un élément amortisseur, une base d’équipement, etc. En simulation, deux scénarios sont pris en considération : le mécanisme d’atterrissage atterrissant vers la pente d’atterrissage avec Vx > 0 ; et le mécanisme d’atterrissage atterrit à l’écart de la pente d’atterrissage avec Vx. Dans chaque scénario, trois modes d’atterrissage sont classés selon l’ordre de contact entre le pied d’atterrissage et la pente d’atterrissage, soit (a) 1-2 mode d’atterrissage, (b) 2- 1 mode d’atterrissage, et (c) mode d’atterrissage 1-1-1 (avec un angle de lacet de 30°). Pour tous les modes d’atterrissage dans les deux scénarios de simulation, le retournement du mécanisme d’atterrissage est empêché par la rétro-fusée et il n’y a pas de glissement des pieds d’atterrissage.

L’accélération maximale en surcharge de la base d’équipement est inférieure à 10 g et le temps de stabilité à l’atterrissage est inférieur à 4 secondes. Cela montre que le mécanisme d’atterrissage peut atterrir en toute sécurité dans différentes conditions d’atterrissage. De plus, lorsque Vx > 0, la recherche montre que le mode 2-1 offre les meilleures performances d’atterrissage parmi les trois modes, et que les performances d’atterrissage des modes 1-2 et 1-1-1 sont similaires. Lorsque Vx Deuxièmement, les facteurs clés affectant les performances d’atterrissage sont analysés.

Amortissement de l’élément de cardan (c2)

Le temps de stabilisation à l’atterrissage est considérablement raccourci et l’accélération de surcharge est affaiblie lorsque c2 est variable par rapport à c2 constant. Le mécanisme d’atterrissage a de meilleures performances d’atterrissage lorsque c2 est variable.

Ancrages de pied

Les ancrages de pied affectent le coefficient de friction entre les pieds d’atterrissage et la surface d’atterrissage. Un glissement induit le mécanisme d’atterrissage loin du point d’atterrissage, ce qui affecterait l’ancrage du système d’ancrage. La friction entre le mécanisme d’atterrissage et la surface d’atterrissage doit être élevée pour éviter le glissement du mécanisme d’atterrissage. Le renversement du mécanisme d’atterrissage dû à un frottement élevé peut être éliminé par la poussée de la rétro-fusée. Par conséquent, il est utile de concevoir des ancrages de pied sur le mécanisme d’atterrissage, car ils peuvent pénétrer dans la surface d’atterrissage et empêcher ou affaiblir le glissement du mécanisme d’atterrissage.

Poussée de rétro-fusée

La poussée de la rétro-fusée peut empêcher le mécanisme d’atterrissage de rebondir ou de tourner ; ainsi, la poussée de la rétro-fusée est utile pour réussir l’atterrissage.

Pente d’atterrissage

Plus l’angle de pente est grand, plus la vitesse angulaire de rotation des jambes d’atterrissage est élevée et plus le temps de stabilisation à l’atterrissage est long. L’influence de l’angle de pente sur l’accélération de surcharge de la base de l’équipement n’est pas évidente. Par conséquent, la surface d’atterrissage avec un angle d’inclinaison plus petit doit être sélectionnée pour réduire le temps de stabilisation à l’atterrissage.

Attitude à l’atterrissage

Lorsque le mécanisme d’atterrissage atterrit dans différentes attitudes d’atterrissage dans la vitesse d’atterrissage autorisée, l’accélération de surcharge maximale est inférieure à 10 g et le temps de stabilisation à l’atterrissage est inférieur à 5 secondes. Les performances à l’atterrissage sont bonnes. Lorsque l’angle de lacet est de 60° (c’est-à-dire le mode d’atterrissage 2-1), le mécanisme d’atterrissage subit l’accélération de surcharge minimale et le temps de stabilité d’atterrissage le plus court, et les performances d’atterrissage sont les meilleures.

Ensuite, la validité du modèle de simulation est vérifiée par des tests. Ces tests sont effectués sur la plateforme aéroflottante. Les accélérations à l’atterrissage sont mesurées par des capteurs d’accélération. Les tests d’atterrissage sur une pente de 30° en mode 1-2, en mode 1-2 et en mode 1-1-1 sont réalisés séparément. Ces modes d’atterrissage et vitesses sont importés dans le modèle de simulation. Les performances d’atterrissage entre test et simulation sont comparées.

L’accélération de surcharge du parc d’équipements obtenue par simulation est proche de celle obtenue par test, et le résultat de la simulation est légèrement supérieur à celui du test. Cela est dû à la flexibilité mécanique du mécanisme d’atterrissage, qui produira une déformation flexible lors du test et absorbera une partie de la charge d’impact. Les changements de vitesse angulaire de retournement de la jambe d’atterrissage et d’angle de retournement dans la simulation et les tests sont relativement cohérents.

Mais entre environ 0,7 seconde et 2,5 secondes en mode 1-2, environ 0,5 et 2 secondes en mode 2-1, et pendant toute la durée du mode 1-1-1, l’angle de retournement de la jambe d’atterrissage lors du test est inférieur. que cela en simulation. La raison en est que la surface d’atterrissage testée est en bois dur et que les ancrages des pieds ne parviennent pas à pénétrer dans le bois dur, ce qui entraîne un léger glissement du mécanisme d’atterrissage. De plus, il s’avère que le mode d’atterrissage 2-1 a le temps de stabilité le plus court et qu’il n’y a pas de relation évidente entre l’accélération en surcharge et le mode d’atterrissage.

Enfin, les auteurs arrivent à la conclusion que les méthodes suivantes sont utiles pour améliorer les performances d’atterrissage :