[发明专利]小天体表面磁力移动机器人及其移动方法

说明书

本发明各实施例公开了一种小天体表面磁力移动机器人及其移动方法，该小天体表面磁力移动机器人包括：外壳体（1）、驱动部（3）和磁铁部（4）；其中：所述驱动部（3）和所述磁铁部（4）安装在所述外壳体（1）中；所述磁铁部（4）被设置为能够在所述驱动部（3）的驱动下进行动作；所述小天体表面磁力移动机器人具有第一运动状态和第二运动状态，在所述第一运动状态下，所述驱动部（3）驱动所述磁铁部（4）远离所述小天体表面；在所述第二运动状态下，所述驱动部（3）暂停工作，以使得所述磁铁部（4）在与所述小天体表面之间的磁力作用下会带动所述磁力移动机器人进行移动动作。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及航天领域中的小天体表面移动技术领域，并且更具体地，涉及一种小天体表面磁力移动机器人及其移动方法。

背景技术

小天体探测是认识太阳系起源和演化的主要途径，并对于小天体撞击的安全防御和未来太空资源利用具有重大意义。

小天体的一个最显著特点是质量小，内部热量散失很快，因此不存在剧烈的地质构造运动，也无法维持稠密大气层，保留了更多太阳系的原始信息，可以说小天体是太阳系的“活化石”。小天体包括小行星（指围绕太阳运行，体积和质量比行星和矮行星小，且没有明显气体释放）、彗星、行星的卫星等。作为小天体中的重要成员，小行星和彗星被认为保存着太阳系形成与演化的关键信息，故对其探索具有重大的科学意义。

2019年4月，国家航天局正式对外宣布了中国的首次小行星探测与采样任务。目前，我国深空探测正由月球挺进更深远的宇宙，未来深空探测工程将主要以火星和小行星探测为代表，因此对包括小行星在内的小天体进行深入研究，具有重要的科学价值。

相比于月球和火星等类地行星，小天体最显著的特点是体积小、质量轻、形状不规则，这导致其引力场不规则且十分微弱，进而使得探测器在小天体表面的附着十分困难。对于小天体来说，常规利用引力场进行着陆的技术，存在很大的失败风险，这是因为，探测器容易从着陆点弹走，运行轨迹不能受控，也不能采用机械方式打钻或锚定的方式进行固定。此外，大部分小天体比较原始，含有金属、磁铁矿等磁性矿物，表面动力学环境复杂，先验信息匮乏，这使得如何实现小天体表面安全、精确移动成为需要解决的难题。

小天体表面附着和移动技术是实现小天体表面探测的关键所在。国内外虽然结合小天体探测任务开展了一些小天体移动技术研究，甚至有的已在工程任务中得到较好的应用，但大多仍处在概念研究或初步研究阶段，可靠性和适应性都较差。因此如何研究可靠性更高、适应性更强的小天体表面移动技术，是亟需攻关的技术问题。

小天体表面附着和移动方案的设计需要考虑小天体表面引力加速度微弱、逃逸速度小、地形环境复杂等多重因素的影响，并紧密结合表面探测任务的需求。因此需要针对不同尺寸的小天体，设计轻型高效的移动单元，以实现探测器在弱引力环境下的快速有效移动。随着科学目标的提高和航天技术的发展，未来的小天体表面探测任务必将更为高级和复杂。充分把握小天体表面移动技术的特点和难点问题，在关键技术领域取得突破性进展，才能满足未来小天体表面探测工程任务的需求。

长远来看，探测器在小行星表面附着，对小行星进行采样是获取小行星信息的重要方式，需要实现小行星在弱引力环境下的交会、附着以及采样等操作。从小行星资源开发与利用需求来看，长期附着将在后续任务中扮演重要角色，而表面的多点采样探测将会扩大任务的探测范围，提高任务的回报。小行星附着采样过程可分为附着表面、样品收集、样品转移等环节，各个环节均面临新的问题和技术挑战。附着表面过程中，小行星的引力场微弱，表面逃逸速度小，最大的可能就是附着时发生反弹，而失控反弹是小行星附着中最危险的环节，因为探测器可能发生姿态失控、翻滚甚至碰撞损坏，如何在接触小行星的过程中维持姿态和避免失控是探测器设计的挑战之一。