航天器软着陆专利技术综述

黄达飞+++刘京

摘 要：航天器软着陆技术按其工作方式主要有降落伞减速装置、反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构4类，本文通过对航天器软着陆技术原理和国内外专利信息展开分析研究，全面分析航天器软着陆领域的专利发展、地域分布、技术分布，从而获得了全球航天器软着陆技术概貌，从专利文献的视角对航天器软着陆技术的发展进行了系统分析，为我国航天器的发展提供一些参考。

关键词：航天器软着陆；减速缓冲；软着陆专利技术

中图分类号：V416 文献标识码：A

随着各国航空航天事业的发展，深空探测已经是一个国家综合国力和科技水平的体现，航天器软着陆技术已成为一种比较热门的技术。

深空探测任务中获取科学数据的主要途径是在目标天体上着陆，然后利用着陆器所携带科学仪器采样分析或采样返回地球。因此，探测器着陆技术是深空探测任务能否成功的关键。特别是近年来随着科学研究的进展，科学家发现了很多具有高科学价值的探测区域，如月球南极可能存在水冰的区域。为了能够对这些特定区域进行采样探测，需要探测器具有精确定点软着陆的能力。

因此，为了了解航天器软着陆的发展情况，对航天器软着陆技术的专利分析研究至关重要。

1. 航天器软着陆技术概况

软着陆按照其缓冲装置的不同，主要可以分为以下几类：降落伞减速装置、反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构；降落伞是弹道式或半弹道式再入航天器最合适、最有效、最可靠的减速装置。其依靠伞面所产生的阻力使航天器着陆时减速，从而实现软着陆。如我国神州五号、六号返回舱的安全着陆就采用了降落伞减速装置，将返回舱的下降速度逐渐减至8m/s～10m/s。反推火箭又称着陆缓冲火箭，是一种具有动力的着陆缓冲装置，当着陆器下降到距星球表面一定高度时，着陆火箭点火，使着陆器产生一个很大的反冲力，即给予一个向上的速度增量，它能在很短的时间内降低着陆器的着陆速度。它的主要特点是：相对于其他缓冲装置它的缓冲行程较大，但点火高度难以控制。着陆缓冲火箭对于载人着陆器非常适用，它可以使着陆器以接近于零的速度着陆，使宇航员不会感到明显的着陆冲击。缓冲气囊方式是当着陆器在某一高度时，着陆器向缓冲气囊充气，缓冲气囊吸收着陆器着陆时的冲击能量，起到了缓冲的作用，缓冲气囊的优点是具有较大的反作用力接触面积，受压缩行程大，因而缓冲效果明显，但采用缓冲气囊必须考虑着陆器的反弹及翻滚。软着陆机构是通过由着陆腿、缓冲器、足垫、展开锁定机构等部件组成的软着陆机构，吸收着陆器着陆时产生的能量，实现航天器着陆情况下的软着陆并保持着陆后的稳定姿态。

2. 航天器软着陆专利技术分析

2.1 原创国申请量分布

在航天器软着陆的全球专利申请中，美国、日本、俄罗斯、德国为主要的申请活跃地区，这四个国家的总申请量占据了全球申请总量2/3，历年来，美国、俄罗斯、德国和日本一直是全球前列的经济体，其在航空航天中的技术和投入一直处于领先地位，因此在航天器软着陆这一高端技术方面一直处于领先位置。

2.2 专利申请趋势

根据申请量及其增长趋势大致可以分为5个阶段。

（1）探索萌芽阶段（1962年之前）

该阶段首先出现了关于航天器软着陆的专利文献，但是由于技术上的瓶颈，以及一战、二战的恢复期，在1962年以前，申请量较少，各个国家处于技术的探索阶段，但趋势上可以看出专利量在逐年增加，各个国家慢慢地将发展向航空航天方向转变。

（2）突然增长阶段（1962-1969年）

随着前期的技术积累，以及美苏两个超级大国之间的军备竞赛，航空航天成为两国之间激烈争夺的一个领域，20世纪60～70年代，美国和前苏联向月球共发射了49个无人月球探测器和8艘载人月球飞船，其中9个探测器飞越月球，6个撞击月球，18个月球轨道器中有14个在月表着陆，先后共有12名宇航员登上了月球，共运送回382kg的月球土壤和岩石标本，进行了包括月球力学特性、气象、月震、热流、月面测量、磁场、太阳风等多项实验和探测，获得了大量的科学数据。航空航天的探索使专利申请量突然猛增。

（3）发展缓慢时期（1970-1987年）

由于航天的投入需求巨大，各国开始将发展中心从航空航天的军事竞赛转移到经济建设中，航天器的研究开始缓慢前进，每年关于航天器软着陆的专利申请维持在5件左右。

（4）显著发展时期（1988-1999年）

随着月球资源优势以及高空优势的逐步凸显，由于资金问题而缓慢发展，近20年的航空航天重新回到战略位置，20世纪90年代，美、俄、欧空局和日本等国又掀起了新一轮月球探测的高潮，美国和日本先后发射了“克莱门汀”、“月球勘探者”和“飞天”等月球探测器。这些探测器大多应用了电子、信息以及制造工艺等方面的新技术，取得了更丰富的探测成果，1990年的专利申请量达到了历史高值。

（5）发展成熟阶段（2000年至今）

航天器软着陆专利申请量数量从2000年开始呈现下滑趋势，航天器软着陆技术发展也到了其成熟期，申请量逐渐下降，主要原因是因为航天器软着陆技术已经相对成熟，因此不存在实质上的改进，在这方面的专利申请更多的考虑优化之前的专利申请。但是，中国随着国力的增长，关于航天器软着陆的专利申请增长显著。

2.3 不同技术分支专利申请情况分析

航天器软着陆技术的相关专利发展及研究主要分为4类，分别为降落伞减速装置、反推火箭、缓冲气囊方式、软着陆机构，除了这些还有其他方式如螺旋桨减速、以及气动外形减速，本文从全球专利申请的相关技术分支情况作进一步分析。在航天器软着陆的相关技术研究分布中，涉及降落伞减速装置的相关专利研究占30%，涉及软着陆机构的占据14%，涉及缓冲气囊的占9%，涉及反推火箭软着陆的占4%，降落伞软着陆是申请量大的一种软着陆方式，反应了各个国家的研究方向，降落伞具有缓冲效率高，安全可靠的优点，同时其结构简单，制造成本低，因此成为航天器软着陆中使用最广的一种技术。

结语

通过VEN和CNABS数据库收录的专利为样本，分析了国内外航天器软着陆技术的专利申请趋势、区域分布及主要申请人等，并对航天器软着陆技术的技术发展做了进一步分析。使得自己对于软着陆技术领域的现有技术发展水平有了更进一步的认识，对于以后审查该领域的案件大有裨益。

通过以上分析，对于航天器软着陆技术领域的现有技术发展水平有了更进一步的认识，有利于以后审查该领域的专利申请；同时，可以看出航天器软着陆技术的相关重要技术起初主要集中在美国、日本等国家，目前其申请量趋于相对稳定，而目前中国在该方面技术发展很快，中国在该领域的市场具有相当的发展潜力，我们应当逐步掌握该领域的前沿技术，并进一步挖掘该领域的深层技术，增强我国该方面技术的竞争实力。

参考文献

[1]刘焕焕.多腿式月球探测软着陆器着陆动力学建模与仿真研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库，2008.

[2] 杨铁军.专利分析实務手册[M].北京：知识产权出版社，2012.endprint