CN106114917A - 一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，包括弹簧阻尼器、光电传感器、力传感器及金属传感器，弹簧阻尼器包括外壳、圆台、挡板、弹簧、上底座与下底座，本发明将力传感器置于弹簧阻尼器中，并利用挡板随弹簧阻尼器上下运动作为光电传感器指示标志，使压力测量与距离探测同步进行；同时，本发明的光电传感器和金属传感器具有非接触测量功能，对于卫星的在轨维修时，可以辅助快速确定目标卫星对接环相对于服务卫星圆盘的距离与姿态，实现对锁紧过程的有效控制，防止因目标卫星对接环与服务卫星圆盘刚性碰撞，造成目标卫星姿态失控，无法实现有效抓捕。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，属于航天器在轨维修维护技术领域。
背景技术
对在轨故障卫星实施维护与救援前，需要使用抓捕锁紧装置实现两卫星刚性连接，从而确保相对位姿稳定，以便后续任务顺利开展。由于目前西方国家对我国相关技术的封锁，在锁紧机构设计方面，我国尚缺乏安全性较高的包含阻尼机构的对接锁紧装置。我国在轨部分失效卫星不具备合作对接接口，需要使用通用对接环进行锁紧。为了减少对接过程对卫星造成的影响，需要一种包含测量功能的阻尼锁紧技术。
发明内容
本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，以实现目标星上对接环与服务卫星锁紧装置上的压板有效锁紧。
本发明的技术解决方案是：
一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，包括弹簧阻尼器、光电传感器、力传感器及金属传感器，所述的光电传感器、力传感器及金属传感器均设置于服务卫星圆盘上；
所述弹簧阻尼器包括外壳、圆台、挡板、弹簧、上底座与下底座，
所述外壳为一端开有孔的中空结构，力传感器置于外壳内，力传感器一端从外壳的孔中穿出，用于与目标卫星对接环接触，测量接触压力；圆台置于力传感器下方，挡板与圆台下表面中心位置连接，弹簧穿过挡板，弹簧一端与圆台下表面接触，弹簧另一端置于下底座上；
上底座为中空结构，外壳置于上底座内，弹簧压缩时，外壳可在上底座内移动；
下底座为一端开有孔的中空结构，弹簧压缩时，挡板可从下底座的孔中穿出，上底座与下底座连接在服务卫星圆盘上；
光电传感器置于下底座下方，并连接在服务卫星圆盘上，挡板从下底座穿出时可阻断光电传感器的光路，以判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘初步锁紧；当金属传感器与目标卫星对接环相对距离进一步缩小到一定距离时，可判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘具备刚性锁紧条件，置于圆盘上的压板与目标卫星对接环压紧，实现目标卫星对接环与服务卫星圆盘最终锁紧。
光电传感器、力传感器及金属传感器布于服务卫星圆盘上，均至少三个。
外壳底部设有限位圆环，与上底座配合限位。
金属传感器与目标卫星对接环相对距离小于10mm时，金属传感器可判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘具备刚性锁紧条件。
光电传感器、力传感器及金属传感器均为全金属传感器，对于所有金属材料的衰减系数恒为1。
弹簧阻尼器至少三个，呈120°角安装于服务卫星圆盘上。
目标卫星对接环与弹簧阻尼器中的力传感器接触时，光电传感器产生关信号。
当三个光电传感器中两个产生关信号时，认为目标卫星对接环与弹簧阻尼器接触平稳，可以继续接近。
接近过程中确保力传感器的信号持续增加，若某个力传感器信号异常，应及时将目标卫星与服务卫星分离。
当目标卫星与服务卫星压紧至金属传感器信号全部为开时，置于圆盘上的压板与目标卫星对接环压紧，实现目标卫星对接环与服务卫星圆盘最终锁紧。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明将力传感器置于弹簧阻尼器中，并利用挡板随弹簧阻尼器上下运动作为光电传感器指示标志，使压力测量与距离探测同步进行；同时，本发明的光电传感器和金属传感器具有非接触测量功能，对于卫星的在轨维修时，可以辅助快速确定目标卫星对接环相对于服务卫星圆盘的距离与姿态，实现对锁紧过程的有效控制，防止因目标卫星对接环与服务卫星圆盘刚性碰撞，造成目标卫星姿态失控，无法实现有效抓捕；
(2)本发明结构紧凑，抗干扰能力强，适用于多种目标卫星对接环，能够实现对多种失效卫星平台的抓捕；
(3)利用本发明的装置，可以有效进行空间失效卫星的在轨维修，实现轨道资源再利用，防止失效卫星解体产生空间碎片，对其他在轨正常运行卫星造成影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明弹簧阻尼器结构分解图；
图3为本发明弹簧阻尼器的外壳剖面图；
图4为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述。
本发明装置安装于目标卫星对接环上，在对失稳的目标卫星实施抓捕控制之后，将相对运动的动能转化为弹簧阻尼器形变量进行储存，并在释放目标卫星时将弹性势能转化为初始动能。本装置利用两组到位传感器和一组力传感器，可以实现拉紧、旋转、锁紧三个步骤执行情况的状态实时监测，同时还能检测两卫星间相对位姿情况，确保在锁紧前两卫星间姿态稳定。
具体结构如图1所示，包括弹簧阻尼器1、光电传感器6、力传感器2及金属传感器5，所述的光电传感器6、力传感器2及金属传感器5均设置于服务卫星圆盘7上，均至少三个；
所述弹簧阻尼器1包括外壳8、圆台9、挡板10、弹簧17、上底座12与下底座13，弹簧阻尼器1至少三个，呈120°角安装于服务卫星圆盘7上。
目标星在接近服务卫星过程中，目标卫星表面对接环接触到服务卫星弹簧阻尼器1外壳8。外壳8为一圆柱型外壳，如图3所示，其中间部分挖三个直径不同的柱形孔，顶部柱形孔与中间部分柱形孔14分离，并使用小型圆孔连接，中间部分柱形孔14与底部柱形孔16顶部直接连接。中间部分柱形孔14用于安放小型力传感器2，外壳8侧方开力传感器走线槽15，用于力传感器2走线，力传感器2顶部螺纹杆由连接顶部柱形孔和中间部分柱形孔14的圆孔伸出，力传感器2底部使用圆台9托起。圆台9由一个圆形薄板和柱形圆台组成，圆形薄板上表面与外壳8底部柱形孔顶部直接接触，柱形圆台由中间柱形孔14底部伸出，圆形薄板下表面中心与L型挡板10焊接，并使用弹簧17进行支撑。外壳8底部有一圈凸起，由于受到弹簧17弹力的支撑作用，与安装上底座12内侧凹槽卡紧，当弹簧受到压力时，外壳8可以向下移动。
弹簧阻尼器结构如图2所示，外壳8为一端开有孔的中空结构，力传感器2置于外壳内，力传感器2一端从外壳8的孔中穿出，用于与目标卫星对接环接触，测量接触压力；圆台9置于力传感器2下方，挡板10与圆台9下表面中心位置连接，弹簧17穿过挡板10，弹簧17一端与圆台9下表面接触，弹簧17另一端置于下底座13上；
上底座12为中空结构，外壳8置于上底座12内，弹簧17压缩时，外壳8可在上底座12内移动；
下底座13为一端开有孔的中空结构，弹簧17压缩时，挡板10可从下底座13的孔中穿出，上底座12与下底座13连接在服务卫星圆盘7上，上底座12与下底座13通过连接件11连接；
当目标卫星表面对接环接触到服务卫星弹簧阻尼器1外壳8时，力传感器2螺纹杆与对接环接触产生压力，作用在圆台9上，带动L型挡板10向下移动，L型挡板10进入光电传感器6的U型槽内时，阻断U型槽两端光电信号的接收，产生目标卫星表面对接环与服务卫星外壳8的接触信号。当弹簧17继续压缩，目标卫星对接环与金属接近开关5距离达到金属接近开关5的额定测量距离时，弹簧阻尼器1达到最大压缩距离，此时连接在压板座4上的压紧板3下压，与对接环锁紧，完成与目标卫星的对接。
为了保证对接锁紧过程中目标卫星对接环与三组弹簧阻尼器接触平稳，并且不存在较大姿态偏差，力传感器2使弹簧阻尼器发生形变时立刻有信号输出，为了保证力传感器不直接与目标接触而产生摩擦，造成强压力下真空冷焊，或产生过大扭矩造成传感器失灵，本发明设计一种保护外壳8，封装力传感器和弹簧。
本发明具体控制流程如图4所示，当目标卫星对接环与弹簧阻尼器1中的力传感器2接触时，光电传感器6产生关信号，当三个光电传感器中两个产生关信号时，认为目标卫星对接环与弹簧阻尼器1接触平稳，可以继续接近，接近过程中确保力传感器2的信号持续增加，若某个力传感器信号异常，应及时将目标卫星与服务卫星分离，当目标卫星与服务卫星压紧至金属传感器5信号全部为开时，置于圆盘上的压板3与目标卫星对接环压紧，实现目标卫星对接环与服务卫星圆盘7最终锁紧。
由于空间中尽量避免使用电容型传感器，而一般电感式传感器不能用于对铝合金材料的探测，所以本专利使用一种全金属传感器，其对于所有金属材料的衰减系数恒为1。将其齐平安装于服务卫星对接环上。
本发明将力传感器置于弹簧阻尼器中，并利用挡板随弹簧阻尼器上下运动作为光电传感器指示标志，使压力测量与距离探测同步进行；同时，本发明的光电传感器和金属传感器具有非接触测量功能，对于卫星的在轨维修时，可以辅助快速确定目标卫星对接环相对于服务卫星圆盘的距离与姿态，实现对锁紧过程的有效控制，防止因目标卫星对接环与服务卫星圆盘刚性碰撞，造成目标卫星姿态失控，无法实现有效抓捕。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于，包括弹簧阻尼器(1)、光电传感器(6)、力传感器(2)及金属传感器(5)，所述的光电传感器(6)、力传感器(2)及金属传感器(5)均设置于服务卫星圆盘(7)上；
所述弹簧阻尼器(1)包括外壳(8)、圆台(9)、挡板(10)、弹簧(17)、上底座(12)与下底座(13)，
所述外壳(8)为一端开有孔的中空结构，力传感器(2)置于外壳内，力传感器(2)一端从外壳(8)的孔中穿出，用于与目标卫星对接环接触，测量接触压力；圆台(9)置于力传感器(2)下方，挡板(10)与圆台(9)下表面中心位置连接，弹簧(17)穿过挡板(10)，弹簧(17)一端与圆台(9)下表面接触，弹簧(17)另一端置于下底座(13)上；
上底座(12)为中空结构，外壳(8)置于上底座(12)内，弹簧(17)压缩时，外壳(8)可在上底座(12)内移动；
下底座(13)为一端开有孔的中空结构，弹簧(17)压缩时，挡板(10)可从下底座(13)的孔中穿出，上底座(12)与下底座(13)连接在服务卫星圆盘(7)上；
光电传感器(6)置于下底座(13)下方，并连接在服务卫星圆盘(7)上，挡板(10)从下底座(13)穿出时可阻断光电传感器(6)的光路，以判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘(7)初步锁紧；当金属传感器(5)与目标卫星对接环相对距离进一步缩小到一定距离时，可判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘(7)具备刚性锁紧条件，置于圆盘上的压板(3)与目标卫星对接环压紧，实现目标卫星对接环与服务卫星圆盘(7)最终锁紧。
2.如权利要求1所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：光电传感器(6)、力传感器(2)及金属传感器(5)布于服务卫星圆盘(7)上，均至少三个。
3.如权利要求1所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：外壳(8)底部设有限位圆环，与上底座(12)配合限位。
4.如权利要求1所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：金属传感器(5)与目标卫星对接环相对距离小于10mm时，金属传感器(5)可判断目标卫星对接环与服务卫星圆盘(7)具备刚性锁紧条件。
5.如权利要求1所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：光电传感器(6)、力传感器(2)及金属传感器(5)均为全金属传感器，对于所有金属材料的衰减系数恒为1。
6.如权利要求1所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：弹簧阻尼器(1)至少三个，呈120°角安装于服务卫星圆盘(7)上。
7.如权利要求2所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：目标卫星对接环与弹簧阻尼器(1)中的力传感器(2)接触时，光电传感器(6)产生关信号。
8.如权利要求7所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：当三个光电传感器中两个产生关信号时，认为目标卫星对接环与弹簧阻尼器(1)接触平稳，可以继续接近。
9.如权利要求8所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：接近过程中确保力传感器(2)的信号持续增加，若某个力传感器信号异常，应及时将目标卫星与服务卫星分离。
10.如权利要求9所述的一种用于卫星对接环锁紧的具有测量功能的阻尼装置，其特征在于：当目标卫星与服务卫星压紧至金属传感器(5)信号全部为开时，置于圆盘上的压板(3)与目标卫星对接环压紧，实现目标卫星对接环与服务卫星圆盘(7)最终锁紧。
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