CN104691781A - 一种基于开放式结构的天基平台 - Google Patents

Abstract

一种基于开放式结构的天基平台，包括自由飞行机器人(1)、控制舱(2)、机电液气一体化对接接口(3)、中心桁架扩展级(4)、太阳翼(5)、电子舱(6)、能源舱(7)、中心桁架基础级(8)、舱段连接接口(9)。中心桁架基础级(8)和中心桁架扩展级(4)固定连接构成中心桁架，中心桁架扩展级(4)的左侧与中心桁架基础级(8)固连，右侧安装用于桁架扩展或者飞行器对接的机电液气一体化对接接口(3)。中心桁架扩展级(4)的周围设置用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口(9)，自由飞行机器人(1)、控制舱(2)、电子舱(6)、能源舱(7)通过舱段连接接口(9)固定在中心桁架扩展级(4)上，太阳翼(5)通过SADA与能源舱(7)连接。

Description

一种基于开放式结构的天基平台

技术领域

本发明属于航天器在轨服务技术领域，涉及一种适用于在轨常驻，具有在轨可扩展、大承载、大能源供给和高生存能力特征的新型天基平台。

背景技术

受限于航天器部组件寿命、燃料、运载能力、发射以及在轨运行环境等多种因素，航天器在从发射入轨、轨道转移、初轨部署、按计划运行、拓展运行到结束运行的全寿命过程中，在轨故障不可避免。然而当前航天器仅能通过有限的地面软件注入方式进行维护，可实现的手段单一，可获得的效果有限。因此，具备接受在轨服务能力是航天器发展的必然趋势；同时构建一个可用于物资存储管理和航天器停泊与维修维护的大型综合服务系统可有效保证我国空间设施的安全可靠运行，并提供空间设施任务能力。

此外，随着一些重要轨道资源(如GEO)的日益紧张，需要开发具有一星多能、一星多用的综合型应用航天器，如发展具有光学、雷达等多种对地观测载荷相综合的探测手段，可有效地提高轨道资源的使用效益。同时，随着空间技术、制造技术、机器人技术、光电子技术和计算机技术等迅猛发展，将涌现出多种新型空间应用的需求，因此需要构建不再受限于运载工具运载质量和容积的大规模在轨系统，而这样的系统需要采用在轨组装方式进行构建，更需要具有可扩展能力的天基平台支持。

目前尚未发现专门针对具有开放式结构的大型综合应用平台的公开报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无人参与的、具有在轨可扩展能力的天基平台，该平台采用桁架挂舱开放式体系结构，可以接受在轨服务与维护，可在轨规模扩展，并支持在轨多载荷综合应用。

本发明的技术解决方案是：一种基于开放式结构的天基平台，包括自由飞行机器人、控制舱、机电液气一体化对接接口、中心桁架扩展级、太阳翼、电子舱、能源舱、中心桁架基础级、舱段连接接口；中心桁架基础级和中心桁架扩展级固定连接构成完整的中心桁架，其中中心桁架基础级为桁架式构型的单卫星平台，推进舱集成在所述单卫星平台内部，中心桁架扩展级为横截面与所述单卫星平台横截面匹配的桁架式构型刚性结构，中心桁架扩展级的左侧与中心桁架基础级固连，中心桁架扩展级的右侧安装用于桁架扩展或者空间飞行器对接的机电液气一体化对接接口；中心桁架扩展级的周围设置用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口，自由飞行机器人、控制舱、电子舱、能源舱分别通过不同的舱段连接接口固定连接在中心桁架扩展级上，太阳翼通过SADA与能源舱连接。

所述的中心桁架基础级的周围设置有用于推进舱段扩展的舱段连接接口。

所述的自由飞行机器人为在中心桁架扩展级上移动的机械臂，或者是可与中心桁架扩展级分离的具有空间机械臂的空间飞行器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的新型天基平台主要由中心桁架、舱段连接接口、可更换功能舱段、机电液气一体化对接接口和自由飞行机器人构成。中心桁架包括基础级和扩展级两段。中心桁架周围设置有用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口，这些接口均为标准化接口，可实现功能舱段的更换、扩展以及结构上的任意布置；

(2)本发明的新型天基平台采用桁架外挂舱式开放式体系结构，桁架与舱段间采用标准连接接口，可实现功能舱段的模块更换，在轨扩展，以及整星结构的质量优化，提高天基平台的生存能力，保持天基平台的技术先进性，可形成大能源供给和快速轨道机动的天基平台；

(3)本发明的新型天基平台预留机电液气一体化对接接口，支持扩展桁架的组装和空间飞行器的对接，可形成更加大型复杂空间飞行器；

(4)本发明的新型天基平台预留多个舱段间连接接口，支持多载荷综合应用，可形成一星多能、一星多用的综合型应用航天器；

(5)本发明的新型天基平台配置有自由飞行机器人，自由飞行机器人上配置有机械臂，可通过移动或飞行，扩展其操作半径，实现天基平台的维修、维护、组装等服务功能；

(6)本发明的新型天基平台可应用形成常驻空间的综合服务或综合应用大型天基系统，满足对在轨卫星物资补给、停泊维修等服务应用，以及实现大口径空间望远镜和大尺寸天线等大型设施综合应用等需求。

附图说明

图1为本发明天基平台的整体构型示意图；

图2为本发明天基平台的整体构型分解图；

图3为本发明天基平台的中心桁架图。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明基于开放式结构的新型天基平台的整体构型示意图，其主要由可扩展中心桁架和可更换功能舱段组成，基本配置包括自由飞行机器人1、控制舱2、中心桁架扩展级4、太阳翼5、电子舱6、能源舱7、中心桁架基础级8、舱段连接接口9。在此基础上，可以加入机电液气一体化对接接口3，用于桁架扩展或空间飞行器的对接。

为了叙述方便，首先建立天基平台的本体坐标系(O-XYZ)，定义如下：

坐标原点O：中心桁架对接环101的下端框、星箭分离面的理论中心；Z轴：沿坐标原点指向星体方向；Y轴：沿太阳翼5的方向，指向一侧能源舱7的方向为正；X轴：与Z轴、Y轴成右手系。

如图3所示，完整的中心桁架由中心桁架基础级8和中心桁架扩展级4固定连接构成。为更加方便地描述可更换功能舱段放置的位置，中心桁架分三个部分，图中的第I部分为中心桁架基础级8，第II、III部分是中心桁架扩展级4。中心桁架基础级8为桁架式构型的单卫星平台，推进舱集成在该卫星平台内部，其±X和±Y面均设置用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口9，可扩展配置可更换的推进舱。本实施方案中，中心桁架扩展级4横截面与单卫星平台横截面匹配，其结构形式为桁架式构型刚性结构。中心桁架扩展级4的中心桁架扩展级4的-Z侧与中心桁架基础级8固连，中心桁架扩展级4的+Z侧安装用于桁架扩展或者空间飞行器对接的机电液气一体化对接接口3。中心桁架扩展级4的周围同样设置用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口9。

在中心桁架扩展级4第II部分，+X向放置控制舱2，-X向放置电子舱6，±Y向放置两个能源舱7和太阳翼5；在中心桁架扩展级4的第III部分，+X向放置自由飞行机器人1，-X向和±Y向均预留舱段连接接口9，用于天基平台的在轨拓展，如承载维修补给物资、多手段探测、多波段通信等载荷和高能耗载荷需求的能源舱，形成具有特定能力的在轨系统。

控制舱2、电子舱6和能源舱7的外形均呈长方体形，采用壳体式结构，由六块板构成。其中控制舱2内部除安装有常规卫星控制所需的敏感器和执行机构以外，还具有在轨服务与维护任务所要求的目标探测、跟踪与测量模块，以及与中心桁架上舱段连接接口相匹配的舱段连接接口9。电子舱6主要放置即插即用测控通信模块。能源舱7主要放置蓄电池组、电源控制器、SADA控制器等能源基本配置模块。

自由飞行机器人1采用长方体外形，也可以采用壳体式结构，停靠在中心桁架4的扩展级上，可以是在中心桁架扩展级4上移动的机械臂，或者是可与中心桁架扩展级4分离的具有机械臂的空间飞行器，通过自由移动或飞行，完成在轨加注、模块更换等操作。

舱段连接接口9可以采用通用的快速连接接口(如采用卡锁式，CN201110122583.1，面向空间大型机械臂和交会对接的大容差对接捕获装置)。机电液气一体化对接接口3可以采用通用的载人航天对接接口(如俄罗斯的APAS89对接机构)，并进行小型化设计，用于桁架再扩展或飞行器的对接。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于开放式结构的天基平台，其特征在于包括：自由飞行机器人(1)、控制舱(2)、机电液气一体化对接接口(3)、中心桁架扩展级(4)、太阳翼(5)、电子舱(6)、能源舱(7)、中心桁架基础级(8)、舱段连接接口(9)；中心桁架基础级(8)和中心桁架扩展级(4)固定连接构成完整的中心桁架，其中中心桁架基础级(8)为桁架式构型的单卫星平台，推进舱集成在所述单卫星平台内部，中心桁架扩展级(4)为横截面与所述单卫星平台横截面匹配的桁架式构型刚性结构，中心桁架扩展级(4)的左侧与中心桁架基础级(8)固连，中心桁架扩展级(4)的右侧安装用于桁架扩展或者空间飞行器对接的机电液气一体化对接接口(3)；中心桁架扩展级(4)的周围设置用于舱段更换或者扩展的舱段连接接口(9)，自由飞行机器人(1)、控制舱(2)、电子舱(6)、能源舱(7)分别通过不同的舱段连接接口(9)固定连接在中心桁架扩展级(4)上，太阳翼(5)通过SADA与能源舱(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于开放式结构的天基平台，其特征在于：所述的中心桁架基础级(8)的周围设置有用于推进舱段扩展的舱段连接接口(9)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于开放式结构的天基平台，其特征在于：所述的自由飞行机器人(1)为在中心桁架扩展级(4)上移动的机械臂，或者是可与中心桁架扩展级(4)分离的具有空间机械臂的空间飞行器。