一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器在軌服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于在軌常駐，具有在軌可擴(kuò)展、大承載、大能源供給和高生存能力特征的新型天基平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]受限于航天器部組件壽命、燃料、運載能力、發(fā)射以及在軌運行環(huán)境等多種因素，航天器在從發(fā)射入軌、軌道轉(zhuǎn)移、初軌部署、按計劃運行、拓展運行到結(jié)束運行的全壽命過程中，在軌故障不可避免。然而當(dāng)前航天器僅能通過有限的地面軟件注入方式進(jìn)行維護(hù)，可實現(xiàn)的手段單一，可獲得的效果有限。因此，具備接受在軌服務(wù)能力是航天器發(fā)展的必然趨勢；同時構(gòu)建一個可用于物資存儲管理和航天器停泊與維修維護(hù)的大型綜合服務(wù)系統(tǒng)可有效保證我國空間設(shè)施的安全可靠運行，并提供空間設(shè)施任務(wù)能力。
[0003]此外，隨著一些重要軌道資源(如GEO)的日益緊張，需要開發(fā)具有一星多能、一星多用的綜合型應(yīng)用航天器，如發(fā)展具有光學(xué)、雷達(dá)等多種對地觀測載荷相綜合的探測手段，可有效地提高軌道資源的使用效益。同時，隨著空間技術(shù)、制造技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、光電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等迅猛發(fā)展，將涌現(xiàn)出多種新型空間應(yīng)用的需求，因此需要構(gòu)建不再受限于運載工具運載質(zhì)量和容積的大規(guī)模在軌系統(tǒng)，而這樣的系統(tǒng)需要采用在軌組裝方式進(jìn)行構(gòu)建，更需要具有可擴(kuò)展能力的天基平臺支持。
[0004]目前尚未發(fā)現(xiàn)專門針對具有開放式結(jié)構(gòu)的大型綜合應(yīng)用平臺的公開報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種無人參與的、具有在軌可擴(kuò)展能力的天基平臺，該平臺采用桁架掛艙開放式體系結(jié)構(gòu)，可以接受在軌服務(wù)與維護(hù)，可在軌規(guī)模擴(kuò)展，并支持在軌多載荷綜合應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺，包括自由飛行機(jī)器人、控制艙、機(jī)電液氣一體化對接接口、中心桁架擴(kuò)展級、太陽翼、電子艙、能源艙、中心桁架基礎(chǔ)級、艙段連接接口 ；中心桁架基礎(chǔ)級和中心桁架擴(kuò)展級固定連接構(gòu)成完整的中心桁架，其中中心桁架基礎(chǔ)級為桁架式構(gòu)型的單衛(wèi)星平臺，推進(jìn)艙集成在所述單衛(wèi)星平臺內(nèi)部，中心桁架擴(kuò)展級為橫截面與所述單衛(wèi)星平臺橫截面匹配的桁架式構(gòu)型剛性結(jié)構(gòu)，中心桁架擴(kuò)展級的左側(cè)與中心桁架基礎(chǔ)級固連，中心桁架擴(kuò)展級的右側(cè)安裝用于桁架擴(kuò)展或者空間飛行器對接的機(jī)電液氣一體化對接接口 ；中心桁架擴(kuò)展級的周圍設(shè)置用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口，自由飛行機(jī)器人、控制艙、電子艙、能源艙分別通過不同的艙段連接接口固定連接在中心桁架擴(kuò)展級上，太陽翼通過SADA與能源艙連接。
[0007]所述的中心桁架基礎(chǔ)級的周圍設(shè)置有用于推進(jìn)艙段擴(kuò)展的艙段連接接口。
[0008]所述的自由飛行機(jī)器人為在中心桁架擴(kuò)展級上移動的機(jī)械臂，或者是可與中心桁架擴(kuò)展級分離的具有空間機(jī)械臂的空間飛行器。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0010](I)本發(fā)明的新型天基平臺主要由中心桁架、艙段連接接口、可更換功能艙段、機(jī)電液氣一體化對接接口和自由飛行機(jī)器人構(gòu)成。中心桁架包括基礎(chǔ)級和擴(kuò)展級兩段。中心桁架周圍設(shè)置有用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口，這些接口均為標(biāo)準(zhǔn)化接口，可實現(xiàn)功能艙段的更換、擴(kuò)展以及結(jié)構(gòu)上的任意布置；
[0011](2)本發(fā)明的新型天基平臺采用桁架外掛艙式開放式體系結(jié)構(gòu)，桁架與艙段間采用標(biāo)準(zhǔn)連接接口，可實現(xiàn)功能艙段的模塊更換，在軌擴(kuò)展，以及整星結(jié)構(gòu)的質(zhì)量優(yōu)化，提高天基平臺的生存能力，保持天基平臺的技術(shù)先進(jìn)性，可形成大能源供給和快速軌道機(jī)動的天基平臺；
[0012](3)本發(fā)明的新型天基平臺預(yù)留機(jī)電液氣一體化對接接口，支持?jǐn)U展桁架的組裝和空間飛行器的對接，可形成更加大型復(fù)雜空間飛行器；
[0013](4)本發(fā)明的新型天基平臺預(yù)留多個艙段間連接接口，支持多載荷綜合應(yīng)用，可形成一星多能、一星多用的綜合型應(yīng)用航天器；
[0014](5)本發(fā)明的新型天基平臺配置有自由飛行機(jī)器人，自由飛行機(jī)器人上配置有機(jī)械臂，可通過移動或飛行，擴(kuò)展其操作半徑，實現(xiàn)天基平臺的維修、維護(hù)、組裝等服務(wù)功能；
[0015](6)本發(fā)明的新型天基平臺可應(yīng)用形成常駐空間的綜合服務(wù)或綜合應(yīng)用大型天基系統(tǒng)，滿足對在軌衛(wèi)星物資補(bǔ)給、停泊維修等服務(wù)應(yīng)用，以及實現(xiàn)大口徑空間望遠(yuǎn)鏡和大尺寸天線等大型設(shè)施綜合應(yīng)用等需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明天基平臺的整體構(gòu)型示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明天基平臺的整體構(gòu)型分解圖；
[0018]圖3為本發(fā)明天基平臺的中心桁架圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2所示，為本發(fā)明基于開放式結(jié)構(gòu)的新型天基平臺的整體構(gòu)型示意圖，其主要由可擴(kuò)展中心桁架和可更換功能艙段組成，基本配置包括自由飛行機(jī)器人1、控制艙
2、中心桁架擴(kuò)展級4、太陽翼5、電子艙6、能源艙7、中心桁架基礎(chǔ)級8、艙段連接接口 9。在此基礎(chǔ)上，可以加入機(jī)電液氣一體化對接接口 3，用于桁架擴(kuò)展或空間飛行器的對接。
[0020]為了敘述方便，首先建立天基平臺的本體坐標(biāo)系(O-XYZ)，定義如下:
[0021]坐標(biāo)原點O:中心桁架對接環(huán)101的下端框、星箭分離面的理論中心；2軸:沿坐標(biāo)原點指向星體方向4軸:沿太陽翼5的方向，指向一側(cè)能源艙7的方向為正；X軸:與Z軸、Y軸成右手系。
[0022]如圖3所示，完整的中心桁架由中心桁架基礎(chǔ)級8和中心桁架擴(kuò)展級4固定連接構(gòu)成。為更加方便地描述可更換功能艙段放置的位置，中心桁架分三個部分，圖中的第I部分為中心桁架基礎(chǔ)級8，第I1、III部分是中心桁架擴(kuò)展級4。中心桁架基礎(chǔ)級8為桁架式構(gòu)型的單衛(wèi)星平臺，推進(jìn)艙集成在該衛(wèi)星平臺內(nèi)部，其±X和土Y面均設(shè)置用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口 9，可擴(kuò)展配置可更換的推進(jìn)艙。本實施方案中，中心桁架擴(kuò)展級4橫截面與單衛(wèi)星平臺橫截面匹配，其結(jié)構(gòu)形式為桁架式構(gòu)型剛性結(jié)構(gòu)。中心桁架擴(kuò)展級4的中心桁架擴(kuò)展級4的-Z側(cè)與中心桁架基礎(chǔ)級8固連，中心桁架擴(kuò)展級4的+Z側(cè)安裝用于桁架擴(kuò)展或者空間飛行器對接的機(jī)電液氣一體化對接接口 3。中心桁架擴(kuò)展級4的周圍同樣設(shè)置用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口 9。
[0023]在中心桁架擴(kuò)展級4第II部分，+X向放置控制艙2，-X向放置電子艙6，土Y向放置兩個能源艙7和太陽翼5 ;在中心桁架擴(kuò)展級4的第III部分，+X向放置自由飛行機(jī)器人1，-X向和土Y向均預(yù)留艙段連接接口 9，用于天基平臺的在軌拓展，如承載維修補(bǔ)給物資、多手段探測、多波段通信等載荷和高能耗載荷需求的能源艙，形成具有特定能力的在軌系統(tǒng)。
[0024]控制艙2、電子艙6和能源艙7的外形均呈長方體形，采用殼體式結(jié)構(gòu)，由六塊板構(gòu)成。其中控制艙2內(nèi)部除安裝有常規(guī)衛(wèi)星控制所需的敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)以外，還具有在軌服務(wù)與維護(hù)任務(wù)所要求的目標(biāo)探測、跟蹤與測量模塊，以及與中心桁架上艙段連接接口相匹配的艙段連接接口 9。電子艙6主要放置即插即用測控通信模塊。能源艙7主要放置蓄電池組、電源控制器、SADA控制器等能源基本配置模塊。
[0025]自由飛行機(jī)器人I采用長方體外形，也可以采用殼體式結(jié)構(gòu)，?？吭谥行蔫旒?的擴(kuò)展級上，可以是在中心桁架擴(kuò)展級4上移動的機(jī)械臂，或者是可與中心桁架擴(kuò)展級4分離的具有機(jī)械臂的空間飛行器，通過自由移動或飛行，完成在軌加注、模塊更換等操作。
[0026]艙段連接接口 9可以采用通用的快速連接接口(如采用卡鎖式，CN201110122583.1，面向空間大型機(jī)械臂和交會對接的大容差對接捕獲裝置)。機(jī)電液氣一體化對接接口 3可以采用通用的載人航天對接接口(如俄羅斯的APAS89對接機(jī)構(gòu))，并進(jìn)行小型化設(shè)計，用于桁架再擴(kuò)展或飛行器的對接。
[0027]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺，其特征在于包括:自由飛行機(jī)器人(I)、控制艙(2)、機(jī)電液氣一體化對接接口(3)、中心桁架擴(kuò)展級(4)、太陽翼(5)、電子艙(6)、能源艙(7)、中心桁架基礎(chǔ)級(8)、艙段連接接口(9);中心桁架基礎(chǔ)級⑶和中心桁架擴(kuò)展級(4)固定連接構(gòu)成完整的中心桁架，其中中心桁架基礎(chǔ)級(8)為桁架式構(gòu)型的單衛(wèi)星平臺，推進(jìn)艙集成在所述單衛(wèi)星平臺內(nèi)部，中心桁架擴(kuò)展級(4)為橫截面與所述單衛(wèi)星平臺橫截面匹配的桁架式構(gòu)型剛性結(jié)構(gòu)，中心桁架擴(kuò)展級(4)的左側(cè)與中心桁架基礎(chǔ)級(8)固連，中心桁架擴(kuò)展級(4)的右側(cè)安裝用于桁架擴(kuò)展或者空間飛行器對接的機(jī)電液氣一體化對接接口(3);中心桁架擴(kuò)展級(4)的周圍設(shè)置用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口(9)，自由飛行機(jī)器人(1)、控制艙(2)、電子艙(6)、能源艙(7)分別通過不同的艙段連接接口(9)固定連接在中心桁架擴(kuò)展級(4)上，太陽翼(5)通過SADA與能源艙(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺，其特征在于:所述的中心桁架基礎(chǔ)級(8)的周圍設(shè)置有用于推進(jìn)艙段擴(kuò)展的艙段連接接口(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺，其特征在于:所述的自由飛行機(jī)器人(I)為在中心桁架擴(kuò)展級(4)上移動的機(jī)械臂，或者是可與中心桁架擴(kuò)展級(4)分離的具有空間機(jī)械臂的空間飛行器。
【專利摘要】一種基于開放式結(jié)構(gòu)的天基平臺，包括自由飛行機(jī)器人(1)、控制艙(2)、機(jī)電液氣一體化對接接口(3)、中心桁架擴(kuò)展級(4)、太陽翼(5)、電子艙(6)、能源艙(7)、中心桁架基礎(chǔ)級(8)、艙段連接接口(9)。中心桁架基礎(chǔ)級(8)和中心桁架擴(kuò)展級(4)固定連接構(gòu)成中心桁架，中心桁架擴(kuò)展級(4)的左側(cè)與中心桁架基礎(chǔ)級(8)固連，右側(cè)安裝用于桁架擴(kuò)展或者飛行器對接的機(jī)電液氣一體化對接接口(3)。中心桁架擴(kuò)展級(4)的周圍設(shè)置用于艙段更換或者擴(kuò)展的艙段連接接口(9)，自由飛行機(jī)器人(1)、控制艙(2)、電子艙(6)、能源艙(7)通過艙段連接接口(9)固定在中心桁架擴(kuò)展級(4)上，太陽翼(5)通過SADA與能源艙(7)連接。
【IPC分類】B64G1-00, B64G1-22
【公開號】CN104691781
【申請?zhí)枴緾N201510016623
【發(fā)明人】李志 , 黃劍斌, 蒙波, 張志民, 陳新龍, 尹建鳳, 韓旭, 龐宇佳, 孫玉成
【申請人】中國空間技術(shù)研究院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月13日