一種航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器交會(huì)對接領(lǐng)域，特別是一種航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器軌道交會(huì)對接和樣品轉(zhuǎn)移是探測行星的重要環(huán)節(jié)，而樣品轉(zhuǎn)移正是以交會(huì)對接為基礎(chǔ)，因此在航天器發(fā)射之前需要對航天器在太空真實(shí)模擬環(huán)境中進(jìn)行交會(huì)對接的仿真驗(yàn)證，現(xiàn)有交會(huì)對接仿真系統(tǒng)在真實(shí)模擬空間交會(huì)對接實(shí)際工況方面存在以下問題:
[0003](I)現(xiàn)有交會(huì)對接仿真系統(tǒng)對試驗(yàn)設(shè)備間相對距離的測量，往往是通過被測航天器自身所帶敏感器的測量或多自由度運(yùn)動(dòng)裝置的自身測量，在交會(huì)對接試驗(yàn)全程中缺乏高精度動(dòng)態(tài)測量手段，不利于評價(jià)對接過程的性能，缺少一種精確的外在測量手段，可以對仿真結(jié)果進(jìn)彳T評估；
[0004](2)仿真系統(tǒng)中對試驗(yàn)過程的監(jiān)測往往是局部的，缺乏監(jiān)測顯示系統(tǒng)，不能對仿真試驗(yàn)系統(tǒng)整體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，不利于直觀確認(rèn)仿真試驗(yàn)過程。

【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)不足，提供了一種更為精準(zhǔn)、真實(shí)的模擬航天器在太空中進(jìn)行交會(huì)對接的航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)，包括水平支撐模塊、目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)、追蹤六自由度氣浮臺(tái)、主控模塊、監(jiān)測與顯示模塊，其中
[0007]水平支撐模塊，包括臺(tái)面、主動(dòng)支撐、水平度臺(tái)階差測量單元；水平度臺(tái)階差測量單元，測量臺(tái)面的水平度、臺(tái)階差并判斷，如果水平度大于2 "或者臺(tái)階差大于10 μ m，則發(fā)送調(diào)節(jié)臺(tái)面指令至主動(dòng)支撐，否則控制主動(dòng)支撐發(fā)送臺(tái)面調(diào)節(jié)完畢指令至主控模塊；主動(dòng)支撐，當(dāng)接收到水平度臺(tái)階差測量單元發(fā)送的調(diào)節(jié)臺(tái)面指令時(shí)，調(diào)節(jié)臺(tái)面直至水平度小于等于2"且臺(tái)階差小于等于10 μπι，并發(fā)送臺(tái)面調(diào)節(jié)完畢指令至主控模塊；臺(tái)面，由至少兩塊花崗巖平臺(tái)拼接得到，承載目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)、追蹤六自由度氣浮臺(tái)；
[0008]目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)包括目標(biāo)平動(dòng)單元、目標(biāo)姿態(tài)單元、被測目標(biāo)航天器、目標(biāo)室內(nèi)GPS單元；目標(biāo)平動(dòng)單元，實(shí)時(shí)接收主控模塊發(fā)送的靠近指令并按照靠近指令調(diào)節(jié)被測目標(biāo)航天器向被測追蹤航天器三維平動(dòng)；目標(biāo)姿態(tài)單元，實(shí)時(shí)接收主控模塊發(fā)送的靠近指令并按照靠近指令調(diào)節(jié)被測目標(biāo)航天器相對于被測追蹤航天器三維轉(zhuǎn)動(dòng)；被測目標(biāo)航天器，為結(jié)構(gòu)形狀與真實(shí)航天器完全相同的航天器模型，被測目標(biāo)航天器設(shè)有能夠被被測追蹤航天器抓捕并鎖緊的被動(dòng)件；目標(biāo)室內(nèi)GPS單元，實(shí)時(shí)測量被測目標(biāo)航天器的位置姿態(tài)并送至主控模塊、監(jiān)測與顯示模塊；
[0009]追蹤六自由度氣浮臺(tái)包括跟蹤平動(dòng)單元、跟蹤姿態(tài)單元、被測追蹤航天器、追蹤室內(nèi)GPS單元；跟蹤平動(dòng)單元，實(shí)時(shí)接收主控模塊發(fā)送的靠近指令并按照靠近指令控制被測追蹤航天器向被測目標(biāo)航天器三維平動(dòng)，跟蹤姿態(tài)單元，實(shí)時(shí)接收控制模塊發(fā)送的靠近指令并按照靠近指令控制被測追蹤航天器相對于被測目標(biāo)航天器三維轉(zhuǎn)動(dòng)；被測追蹤航天器，為結(jié)構(gòu)形狀與真實(shí)航天器完全相同的航天器模型，被測追蹤航天器設(shè)有抱爪機(jī)構(gòu)，在接收主控模塊發(fā)送的對接指令后，使用抱爪機(jī)構(gòu)抓捕并鎖緊被測目標(biāo)航天器的被動(dòng)件；追蹤室內(nèi)GPS單元，實(shí)時(shí)測量追蹤六自由度氣浮臺(tái)的位置姿態(tài)并送至主控模塊、監(jiān)測與顯示模塊；
[0010]主控模塊，接收水平支撐模塊中主動(dòng)支撐發(fā)送的臺(tái)面調(diào)節(jié)完畢指令后，接收追蹤室內(nèi)GPS單元發(fā)送的被測追蹤航天器位置姿態(tài)、目標(biāo)室內(nèi)GPS單元發(fā)送的被測目標(biāo)航天器位置姿態(tài)，實(shí)時(shí)計(jì)算被測目標(biāo)航天器與被測跟蹤航天器之間的位置差與姿態(tài)差并判斷，如果被測目標(biāo)航天器與被測跟蹤航天器的位置差大于Im或被測目標(biāo)航天器與被測跟蹤航天器的姿態(tài)差大于5°，則根據(jù)被測目標(biāo)航天器與被測跟蹤航天器的位置差與姿態(tài)差產(chǎn)生靠近指令，并送至追蹤平動(dòng)單元、追蹤姿態(tài)單元、目標(biāo)平動(dòng)單元與目標(biāo)姿態(tài)單元；如果被測目標(biāo)航天器與被測跟蹤航天器的位置差位于[Om-lm]之間且目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)與跟蹤六自由度氣浮臺(tái)的姿態(tài)差位于[0° -5° ]之間，則發(fā)送對接指令至被測目標(biāo)航天器、被測追蹤航天器；
[0011]監(jiān)測與顯示模塊，包括監(jiān)測單元、顯示單元；監(jiān)視單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測臺(tái)面、主動(dòng)支撐、水平度臺(tái)階差測量單元的工作場景并送至顯示單元；顯示單元，接收目標(biāo)室內(nèi)GPS模塊發(fā)送的被測目標(biāo)航天器的位置姿態(tài)、跟蹤室內(nèi)GPS模塊發(fā)送的被測跟蹤航天器的位置姿態(tài)、監(jiān)測單元發(fā)送的臺(tái)面、主動(dòng)支撐、水平度臺(tái)階差測量單元的工作場景并實(shí)時(shí)顯示。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)本發(fā)明仿真系統(tǒng)克服了現(xiàn)有的航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)通過航天器本身的測量敏感器或六自由度機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的反饋機(jī)制獲得航天器運(yùn)動(dòng)軌跡及姿態(tài)而精度不高的缺陷，通過引入室內(nèi)GPS單元模塊進(jìn)行測量位置和姿態(tài)測量并實(shí)時(shí)傳遞至主控模塊、監(jiān)測顯示模塊，能更直觀、精準(zhǔn)、真實(shí)的控制和模擬航天器交會(huì)對接過程；
[0014](2)本發(fā)明仿真系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，克服了仿真試驗(yàn)過程中忽視支撐臺(tái)面實(shí)時(shí)變化可能導(dǎo)致水平度及臺(tái)階差超差的問題，不僅使用室內(nèi)GPS模塊發(fā)送的運(yùn)動(dòng)軌跡姿態(tài)判斷支撐平臺(tái)水平度和臺(tái)階差信息，還實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示水平度、臺(tái)階差及六自由度氣浮臺(tái)的工作場景，提高了仿真試驗(yàn)的成功率；
[0015](3)本發(fā)明仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對航天器在太空環(huán)境中交會(huì)對接的真實(shí)模擬，驗(yàn)證了航天器交會(huì)對接工作時(shí)序的合理性，提高了航天器交會(huì)對接的可靠性和有效性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明一種航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供了一種航天器交會(huì)對接仿真系統(tǒng)，通過采用六自由度氣浮臺(tái)模擬交會(huì)對接航天器的真實(shí)重量和質(zhì)量特性，按照交會(huì)對接航天器上安裝真實(shí)的對接機(jī)構(gòu)等器上設(shè)備，開展最后平移靠攏段的6自由度交會(huì)對接試驗(yàn)，其中，每個(gè)六自由度氣浮臺(tái)包括3自由度平動(dòng)和3自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，分為姿態(tài)平臺(tái)和平動(dòng)平臺(tái)兩部分，通過可升降支柱聯(lián)接。平動(dòng)平臺(tái)由3個(gè)氣墊支撐，浮于大型超平支撐平臺(tái)上，可以自由漂移；姿態(tài)平臺(tái)采用球軸承桌面構(gòu)型，搭載參試敏感器，安裝推力器組件和相應(yīng)氣路。氣浮球軸承將上臺(tái)面與其余部分隔離，實(shí)現(xiàn)三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)的隔離，避免耦合。可升降機(jī)構(gòu)模擬面外相對位置變化。氣浮臺(tái)設(shè)計(jì)采用等比模擬方式。
[0018]本發(fā)明仿真系統(tǒng)依托的設(shè)備，如圖1所示包括水平支撐模塊(包括臺(tái)面、主動(dòng)支撐、水平度臺(tái)階差測量單元)、目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)(包括目標(biāo)平動(dòng)單元、目標(biāo)姿態(tài)單元、被測目標(biāo)航天器、目標(biāo)室內(nèi)GPS單元)、追蹤六自由度氣浮臺(tái)(跟蹤平動(dòng)單元、跟蹤姿態(tài)單元、被測追蹤航天器、追蹤室內(nèi)GPS單元)、主控模塊、監(jiān)測與顯示模塊(包括監(jiān)測單元、顯示單元)等。在水平支撐模塊上的目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)模擬了交會(huì)對接目標(biāo)航天器的真實(shí)重量和質(zhì)量特性，按照目標(biāo)航天器上的狀態(tài)安裝真實(shí)的被動(dòng)件等器上設(shè)備；在水平支撐模塊上的追蹤六自由度氣浮臺(tái)模擬了交會(huì)對接追蹤航天器的真實(shí)重量和質(zhì)量特性，按照追蹤航天器上的狀態(tài)安裝真實(shí)的抱爪機(jī)構(gòu)等器上設(shè)備。這樣構(gòu)建的交會(huì)對接仿真系統(tǒng)就可以開展最后平移靠攏段的6自由度交會(huì)對接試驗(yàn)。
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明仿真系統(tǒng)詳細(xì)說明，如圖1所示:
[0020]水平度臺(tái)階差測量單元(包括水平儀與測微計(jì))，測量臺(tái)面的水平度、臺(tái)階差并判斷，如果水平度大于2 "或者臺(tái)階差大于10 μ m，則發(fā)送調(diào)節(jié)臺(tái)面指令至主動(dòng)支撐，否則控制主動(dòng)支撐發(fā)送臺(tái)面調(diào)節(jié)完畢指令至主控模塊；主動(dòng)支撐，當(dāng)接收到水平度臺(tái)階差測量單元發(fā)送的調(diào)節(jié)臺(tái)面指令時(shí)，調(diào)節(jié)臺(tái)面直至水平度小于等于2"且臺(tái)階差小于等于ΙΟμπι，并發(fā)送臺(tái)面調(diào)節(jié)完畢指令至主控模塊；臺(tái)面，為至少兩塊花崗巖平臺(tái)拼接形成的平臺(tái)，用來承載目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)、追蹤六自由度氣浮臺(tái)，目標(biāo)六自由度氣浮臺(tái)放置在