Bilim insanları, iniş simülasyonu ve deneysel test için ayaklı küçük bir gök cismi iniş mekanizması geliştirdi

Sabit bir şekilde iniş yapmak, küçük bir gök cismini yerinde keşfetmek için bir ön koşuldur. Küçük bir gök cisminin yüzeyi sıklıkla zayıf yer çekimine sahiptir ve düzensizdir, yüzey ortamı ise bilinmemektedir ve belirsizdir. İniş mekanizması geri tepme ve dönme eğilimindedir ve iniş stabilite süresi uzundur. Ancak iniş performansı araştırmalarının çoğu aya inişe odaklanmış olsa da, ay ve Mars yüzeyleri arasında farklılıklar var.

Bu nedenle, iniş stabilite sınırını analiz etmek ve Çin’in küçük gök cismi araştırmasını desteklemek için makul iniş önerileri önermek amacıyla farklı koşullardaki iniş performansını incelemek önemlidir.

İçinde araştırma makalesi yakın zamanda yayınlandı Uzay: Bilim ve TeknolojiPekin Uzay Aracı Sistem Mühendisliği Enstitüsü, Harbin Teknoloji Enstitüsü ve Milan Politeknik Üniversitesi’nden araştırmacılar, farklı iniş koşulları altında bir iniş mekanizmasının simülasyon modelini oluşturdular, iniş performansını etkileyen temel parametrelerin hassasiyetini analiz ettiler ve doğruluğu doğruladılar. Bir iniş mekanizmasının küçük bir gök cismine stabil bir şekilde inmesi için rehberlik sağlayabilen deneysel testler yoluyla simülasyon.

İlk olarak yazarlar iniş mekanizmasını ve iniş simülasyonunu kısaca yeniden üretiyorlar. Simülasyonda kullanılan küçük gök cismi iniş mekanizması; bir iniş ayağı, iniş ayakları, kardan elemanı, sönümleme elemanı, ekipman tabanı ve daha fazlasını içerir. Simülasyonda iki senaryo dikkate alınmaktadır: V ile iniş eğimine doğru iniş yapan iniş mekanizması._X > 0; ve iniş mekanizmasının V ile iniş eğiminden uzağa inmesi_X Her senaryoda, iniş ayağı ile iniş eğimi arasındaki temas sırasına göre üç iniş modu sınıflandırılır; yani (a) 1-2 iniş modu, (b) 2-1 iniş modu ve (c) 1-1- 1 iniş modu (30° sapma açısıyla). Her iki simülasyon senaryosunda da tüm iniş modları için, iniş mekanizmasının devri geri roket tarafından engellenmektedir ve iniş ayaklarının kayması söz konusu değildir.

Ekipman tabanının maksimum aşırı yükleme ivmesi 10 g’den azdır ve iniş stabilite süresi 4 saniyeden azdır. Bu da iniş mekanizmasının farklı iniş koşullarında güvenli bir şekilde iniş yapabileceğini gösteriyor. Ek olarak V_X > 0 olması durumunda araştırma, 2-1 modunun üç mod arasında en iyi iniş performansına sahip olduğunu, 1-2 ve 1-1-1 modlarının iniş performanslarının benzer olduğunu göstermektedir. Ne zaman V_X İkinci olarak iniş performansını etkileyen temel faktörler analiz edilmektedir.

Kardan elemanı sönümlemesi (c₂)

İniş stabilizasyon süresi önemli ölçüde kısalır ve aşırı yükleme ivmesi zayıflar₂ sabit c ile karşılaştırıldığında değişkendir₂. İniş mekanizması c olduğunda daha iyi iniş performansına sahiptir.₂ değişkendir.

Ayak çapaları

Ayak ankrajları iniş ayakları ile iniş yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısını etkiler. Kayma, iniş mekanizmasını iniş noktasından uzağa doğru hareket ettirir ve bu da ankraj sisteminin ankrajını etkileyebilir. İniş mekanizmasının kaymasını önlemek için iniş mekanizması ile iniş yüzeyi arasındaki sürtünmenin yüksek olması gerekir. Yüksek sürtünmeden dolayı iniş mekanizmasının devrilmesi, geriye doğru roket itişi ile ortadan kaldırılabilir. Bu nedenle, iniş yüzeyine nüfuz edebileceği ve iniş mekanizmasının kaymasını önleyebileceği veya zayıflatabileceği için iniş mekanizması üzerinde ayak ankrajları tasarlamak faydalı olacaktır.

Retro-roket itişi

Retro-roket itme kuvveti, iniş mekanizmasının sıçramasını veya dönmesini engelleyebilir; bu nedenle retro-roket itme kuvveti başarılı bir şekilde inişe yardımcı olur.

İniş eğimi

Eğim açısı ne kadar büyük olursa iniş ayaklarının dönüş açısal hızı o kadar yüksek olur ve iniş stabilizasyon süresi o kadar uzun olur. Eğim açısının ekipman tabanı aşırı yükleme ivmesi üzerindeki etkisi açık değildir. Bu nedenle iniş stabilizasyon süresini azaltmak için eğim açısı daha küçük olan iniş yüzeyi seçilmelidir.

İniş tutumu

İniş mekanizması izin verilen iniş hızı dahilinde farklı iniş konumlarında iniş yaptığında, maksimum aşırı yükleme ivmesi 10g’den azdır ve iniş stabilizasyon süresi 5 saniyeden azdır. İniş performansı iyidir. Sapma açısı 60° olduğunda (yani 2-1 iniş modu), iniş mekanizması minimum aşırı yükleme ivmesini ve en kısa iniş stabilite süresini yaşar ve iniş performansı en iyisidir.

Daha sonra simülasyon modelinin geçerliliği testlerle doğrulanır. Bu testler havada yüzen platform üzerinde gerçekleştirilmektedir. İniş ivmeleri ivme sensörleri ile ölçülür. 1-2 modunda, 1-2 modunda ve 1-1-1 modunda 30° eğime iniş testleri ayrı ayrı gerçekleştirilir. Bu iniş modları ve hızları simülasyon modeline aktarılır. Test ve simülasyon arasındaki iniş performansları karşılaştırılır.

Simülasyonla elde edilen ekipman tabanının aşırı yükleme ivmesi, testle elde edilene yakındır ve simülasyon sonucu, testten biraz daha büyüktür. Bunun nedeni, testte esnek deformasyon oluşturacak ve darbe yükünün bir kısmını emecek iniş mekanizmasının mekanik esnekliğidir. Simülasyon ve testlerde iniş ayağı dönüş açısal hızı ve dönüş açısındaki değişiklikler nispeten tutarlıdır.

Ancak 1-2 modunda yaklaşık 0,7 saniye ila 2,5 saniye arasında, 2-1 modunda yaklaşık 0,5 ila 2 saniye arasında ve 1-1-1 modunun tüm süresi boyunca, testteki iniş ayağı dönüş açısı daha azdır. simülasyonda bundan daha fazla. Bunun nedeni, testteki iniş yüzeyinin sert ahşap olması ve ayak ankrajlarının sert ahşaba nüfuz edememesi, bunun da iniş mekanizmasında hafif bir kaymaya neden olmasıdır. Ayrıca 2-1 iniş modunun en kısa stabilite süresine sahip olduğu ve aşırı yükleme ivmesi ile iniş modu arasında belirgin bir ilişkinin olmadığı tespit edilmiştir.

Son olarak yazarlar aşağıdaki yöntemlerin iniş performansını artırmaya yardımcı olduğu sonucuna varmışlardır:

• Üç ayaklı iniş mekanizması tercihen 2-1 iniş modunu seçmelidir.
• İniş koşullarına karşılık gelen ayarlanabilir sönümleme, iniş stabilitesinin iyileştirilmesine yardımcı olur.
• Ayak ankrajları iniş kaymasını azaltabilir ve iniş stabilizasyon süresini kısaltabilir. İniş mekanizmasının üstündeki bir retro roket, iniş sırasında geri tepmeyi zayıflatabilir veya önleyebilir.
• İniş mekanizması tercihen düz alanlara inmelidir.