CN107215488B - 一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统 - Google Patents

Abstract

一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，包括伺服机构、控制台、真空罐、观察窗、航天服手套、支架导轨、真空冷黑环境模拟子系统、热模拟子系统、设备状态模拟子系统、照明模拟子系统。伺服机构实现其安装的维修设备模拟件的水平移动、垂直移动和转动，真空冷黑环境模拟子系统能够模拟舱外真空冷黑环境；热模拟子系统能够模拟舱外温度环境；设备状态模拟子系统能够模拟维修设备模拟件的工作状态；照明模拟子系统能够模拟舱外照明环境。本发明在模拟在轨舱外真空、冷黑、热、照明和设备工作状态时，同时模拟航天服手套内外压差以及试验人员与维修设备模拟件相对位置，实现载人航天器在轨舱外维修地面全要素模拟。

Description

一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统

技术领域

本发明具体涉及一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，适用于载人航天器舱外维修地面试验，属于载人航天器试验领域。

背景技术

“和平号”空间站通过维修将寿命延长到15年，延寿期间航天员75％的时间在开展维修工作。国际空间站通过维修将延寿到2024年，航天员日常40％的时间在开展维修工作，国际空间站组装完成后共向国际空间站运送维修备件39吨，其中舱外备件约22吨，截至2016年9月，共开展了384次出舱维修维护，从国外空间站的建造和运行经验来看，出舱维修是保证空间站在轨运行的必不可少的关键措施。

我国空间站在轨寿命长、可靠性要求高，其研制难度前所未有。我国空间站舱外众多具有控制、推进、通信、能源、空间技术等关键功能的产品需要出舱维修维护。而密封舱舱外真空、冷黑、照明、温度、设备状态及舱外航天服特性对产品的可维修性影响大，舱外维修性设计、验证和实施的难度很大。表现在以下几点：1、舱外空间环境对舱外维修的影响复杂。2、维修时人机特性对舱外维修的影响复杂。3、空间站舱外需维修产品多、接口多，验证覆盖难度大。4、空间站在轨运营保障复杂，对快速响应要求高。5、空间站需开展大量的舱外维修验证工作，为应对大批量地面验证试验，需研究经济性优异的验证方法。

针对我国空间站工程面临的舱外维修维护验证需求，提出了一种载人航天器舱外维修地面全要素综合模拟系统，可覆盖对舱外产品维修性设计有影响的真空冷黑、温度、设备状态、照明以及舱外服操作特性等主要因素。

发明内容

本发明解决的问题是：提供一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，实现对在轨舱外维修过程全要素的模拟，进而可在地面实现对在轨维修的试验验证。将在轨维修设备固定在本发明所述的系统上，放入带航天服手套的空间环境模拟器内，在模拟航天服手套内外压差条件下，实现参试人员与在轨维修设备任意相对位置的模拟，克服以往在轨舱外维修试验方法在穿着舱外航天服时，难以模拟空间环境、人与维修设备任意相对位置的不足。

本发明的技术解决方案是：一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，包括：伺服机构、控制台、真空罐、观察窗、航天服手套和支架导轨、真空冷黑环境模拟子系统、热模拟子系统、设备状态模拟子系统、照明模拟子系统；

真空罐上设置有观察窗和航天服手套，航天服手套伸入到所述真空罐内部，且与真空罐之间密封连接；支架导轨和伺服机构均位于真空罐内部，支架导轨固定在真空罐底部，伺服机构安装在支架导轨上；维修设备模拟件安装在伺服机构上，在控制台的控制下具有四个运动自由度。

所述四个运动自由度是指真空罐轴向、铅垂向、水平面内垂直于真空罐轴向、滚转。

所述伺服机构包括底座、立柱、滑板和转台；

底座固定在支架导轨上，立柱垂直安装在底座上，且沿真空罐轴向移动；滑板垂直安装在立柱上且滑板沿立柱移动；转台与滑板连接，转台沿滑板移动，维修设备模拟件固定在转台的转盘上。

底座包括底座框架、底座导轨、丝杠和交流伺服电机；

底座框架固定在支架导轨上，两个底座导轨沿真空罐的轴向，平行安装在底座框架上，丝杠和交流伺服电机安装在底座框架内部，丝杠采用螺旋升降机的结构型式，交流伺服电机驱动丝杠转动，进而带动立柱沿底座导轨移动。

立柱包括立柱框架、立柱导轨、滑块、第二交流伺服电机、第二丝杠和螺母座；

两个相互平行的立柱导轨安装在立柱框架上，且立柱导轨的安装方向为铅垂向，立柱框架与底座导轨之间采用滑块连接，通过滑块支撑和限位；螺母座与底座上的丝杠相配合，用于带动立柱沿底座导轨移动；第二交流伺服电机和第二丝杠安装在立柱框架内部，第二交流伺服电机驱动第二丝杠转动，进而带动滑板沿立柱导轨移动。

滑板包括滑板框架、滑板导轨、第二滑块、第三交流伺服电机、第三丝杠和第二螺母座；

滑板框架通过第二滑块安装在立柱导轨上，滑板框架的安装方向与立柱导轨垂直，并且滑板框架的安装方向还垂直于真空罐轴向；在滑板框架上安装有两个相互平行的滑板导轨，滑板导轨与立柱导轨垂直，且两个滑板导轨所在的平面为铅垂面；

第二螺母座与立柱上的第二丝杠相配合，用于带动滑板沿立柱导轨移动；第三交流伺服电机和第三丝杠安装在滑板框架内部，第三交流伺服电机驱动第三丝杠，进而带动转台沿滑板导轨移动。

转台包括转台框架、转盘、第三滑块、第四交流伺服电机和第三螺母座；

转台框架通过第三滑块与滑板导轨连接，转台框架内部安装有第四交流伺服电机，驱动转盘旋转，转盘上设有十字凹槽，凹槽横截面为倒“T”形，用于固定维修设备模拟件；第三螺母座与第三丝杠配合，进而带动转台框架沿滑板导轨移动。

还包括摄像机，安装在真空罐内的顶部。

所述真空罐内部与外部的压力差与航天服手套的内外压差相同。

所述真空冷黑环境模拟子系统，包括：粗抽机组、分子泵、低温泵、闸板阀、真空测量传感器、冷水机组、液氮热沉、液氮外流程设备；

其中，粗抽机组、分子泵、低温泵、闸板阀、真空测量传感器、冷水机组组成真空获得系统，液氮热沉、液氮外流程设备组成冷黑模拟系统，粗抽机组将真空罐进行粗抽真空，分子泵对真空罐进一步抽真空，低温泵最后将真空罐中的气压抽至需要的气压；

闸板阀将真空获得系统与真空罐结合起来，真空测量传感器，包括多个复合真空计电阻规和电离规，粗抽机组抽真空时，真空罐内真空度由复合真空计电阻规来检测，当分子泵和低温泵抽真空时，真空罐内真空度由电离规来检测；

冷水机组用于粗抽机组、分子泵机组、低温泵的水冷控制。

真空罐为圆柱体形式，包括：圆柱段和圆柱段的两端面，圆柱段两端面为真空罐的大门；

液氮热沉采用与真空罐相同的卧式圆柱体形式，由筒体热沉、大门热沉和去污冷屏组成，筒体热沉固定于真空罐的圆柱段内壁处；大门热沉固定于真空罐大门处，可在开门关门过程中随大门运动；去污冷屏用于吸附真空罐的水汽、可凝性挥发物。液氮外流程设备由液氮贮槽、液氮管道和控制阀箱组成。液氮贮槽用于存储液氮，液氮管路连接液氮贮槽和液氮热沉；控制阀箱用于控制液氮管路的流量；

所述热模拟子系统，包括：红外加热笼、温度测量系统、加热控制系统，红外加热笼采用与热沉内壁贴合的圆柱形结构，红外加热笼通电后能够产生热量，温度测量系统能够实时测量红外加热笼及维修设备模拟件的温度，并将测量的温度发送给加热控制系统，加热控制系统能够根据设定的温度给红外加热笼供电，使红外加热笼散发的热量达到设定的要求。

所述设备状态模拟子系统包括：多根电缆、穿罐接插件；多根电缆用于连接维修设备模拟件和穿罐接插件，穿罐接插件位于真空罐的罐壁上，为维修设备模拟件提供能源、信息和控制通路，使得真空罐外与维修设备模拟件配套的地面设备能够控制真空罐内的维修设备模拟件，使得维修设备模拟件能够模拟在轨维修时所处的不同工作状态。

所述照明模拟子系统，包括：LED光源、光源角度调节装置、光源亮度调节装置，LED光源能够发光，模拟维修时真空罐内的照度，光源角度调节装置能够调节LED光源发光的角度，光源亮度调节装置能够调节LED光源的亮度。

伺服机构、控制台、支架导轨组成的相对位置模拟子系统中控制台能够输出控制信号，用于控制伺服机构在支架导轨上运动，维修设备模拟件装在伺服机构上，以模拟舱外维修时维修设备模拟件与航天员的相对位置关系；

观察窗能够模拟航天员着舱外服时观察维修操作的视野；航天服手套能够模拟航天员着舱外航天服时的手部操作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明针对影响航天器舱外在轨维修的6个要素，提出了一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，可在地面试验时实现对舱外产品维修性影响因素同时覆盖。

(2)本发明通过伺服机构带动维修试验设备移动，可在地面1g环境下模拟在轨维修时航天员与设备之间的相对位置关系，确保试验状态与在轨状态的一致性，提高维修试验结果有效性。

(3)可以结合空间模拟器和航天服手套，模拟舱外操作时手套内外压差，提高维修操作试验准确性，同时试验设备可以使用结构模拟件、质量模拟件等，无需生产水下试验件，降低了成本。

(4)在我国空间站等载人航天器研制研制中得到了广泛应用，验证了舱外维修性设计，发挥了不可替代的作用。

附图说明

图1为本发明系统组成示意图；

图2为本发明伺服机构结构示意图；

图3为本发明底座结构示意图；

图4为本发明立柱结构示意图，其中，图4(a)是立柱正视图，图4(b)是立柱立体图；

图5为本发明滑板结构示意图，其中，图5(a)是滑板俯视图，图5(b)是滑板立体图；

图6为本发明转台结构示意图，其中，图6(a)是转台正视图，图6(b)是转台侧视图，图6(c)是转台俯视图；

图7为本发明控制台结构示意图。

具体实施方式

本发明的基本思路为：一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，包括伺服机构、控制台、真空罐、观察窗、航天服手套、支架导轨、真空冷黑环境模拟子系统、热模拟子系统、设备状态模拟子系统、照明模拟子系统。伺服机构安装在真空罐内的导轨上，可实现伺服机构上安装的维修设备模拟件的水平移动、垂直移动和转动，真空冷黑环境模拟子系统能够模拟舱外真空冷黑环境；热模拟子系统能够模拟舱外温度环境；设备状态模拟子系统能够模拟维修设备模拟件的工作状态；照明模拟子系统能够模拟舱外照明环境。本发明可将维修设备模拟件安装在真空罐内的伺服机构上，在模拟在轨舱外真空、冷黑、热、照明和设备工作状态时，同时模拟航天服手套内外压差以及试验人员与维修设备模拟件相对位置，实现载人航天器在轨舱外维修地面全要素模拟。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

针对舱外在轨维修问题，提出舱外在轨维修影响因素综合分析方法：

步骤一、分析舱外在轨维修活动的影响因素；

航天员进行舱外在轨维修操作时，处于航天器外的真空冷黑环境中，身着舱外航天服，故受在轨舱外环境影响，地面试验需模拟舱外在轨维修的主要影响因素。通过对在轨舱外环境和国内外航天器在轨运营情况的分析，得出了6个影响因素。

真空冷黑环境会导致冷焊现象，例如伽利略号的主天线在轨发生冷焊导致运动功能失效；温度变化会导致相互配合的产品因膨胀系数不同造成变形损伤，例如哈勃望远镜操作口舱门受温度影响发生变形无法正常打开，给在轨维修造成了巨大的难度和风险；维修时，设备所处的不同工作状态会对维修操作和维修安全带来影响；强光、阴影等不同光照环境对维修操作有影响，例如礼炮6号空间站原计划1min完成的钛材料样本切割任务，因原定操作位置阳光刺眼，航天员需另寻位置，操作时间大大增加；在轨需着舱外航天服执行舱外维修任务，航天服的特性对维修有制约；航天器舱外的布局影响维修时人的相对位置关系。

步骤二、建立针对影响因素的地面模拟子系统；

针对6个影响因素，分别建立模拟子系统。

针对舱外真空冷黑因素，建立真空冷黑模拟子系统，主要由低温泵、分子泵、粗抽机组、液氮热沉、闸板阀、真空测量、液氮外流程等设备组成。用于实现真空冷黑环境模拟。

针对温度因素，建立热模拟子系统，主要由红外加热器、温度测量系统、加热控制系统等设备组成。用于模拟舱外产品外热流以实现对设备工作环境温度的模拟。

针对设备状态因素，建立设备状态模拟子系统，以穿舱接插件的方式提供能源、信息和控制通路，以模拟在轨维修时，设备可能处于的不同工作状态，主要包括温度传感器通路、信号测量通路、大功率通路、高频通路、密封穿舱通路、信号通路等连接通路。

针对照明因素，建立照明模拟子系统，包括适合真空低温的LED光源、光源角度调节装置、光源亮度调节装置等设备。

针对相对位置因素，建立了相对位置模拟伺服子系统，包括6自由度机构、控制系统、控制台等设备。可实现对固定在其末端的试验对象的6个自由度运动，以实现对在轨维修操作时人-设备相对位置关系的模拟。

针对舱外服操作特性因素，建立了舱外操作手套子系统，包括操作手套、观察窗、操作台、连接法兰等设备。舱外操作手套需要模拟在太空中维修航天服手套的状态，手套内外需要持续在差压为40kpa的环境下长时间、连续工作。因此，手套有一定能够的压力适应性和密封性，但是又要保持灵活性，确保维修状态正常。手套通过专用法兰接口与罐体连接，可与大门以及侧壁的法兰连接，伸入真空舱内的工作台面，进行空间维修模拟试验。手套使用均满足正常的操作力、疲劳、感知觉、活动范围和灵活性，能够进行标准的空间维修操作，而且与法兰采用标准连接方式，拆装方便。

步骤三、集成在轨维修全要素综合模拟系统；

将针对影响因素建立的6个模拟子系统，通过试验支持子系统集成为一个有机的整体；

试验支持子系统包括容器、监控与摄像、微量污染检测、控制台等设备。

本发明提出了一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，如图1所示，包括伺服机构1、控制台2、真空罐3、观察窗4、航天服手套5和支架导轨6，上述六个部分组成一个模拟系统。

通过模拟系统，将维修设备模拟件7安装在伺服机构1上，并放入真空罐内，降低真空罐3内部压力，使真空罐3内部与外部的压力差与航天服手套5的内外压差相同，并保持真空罐3内部压力稳定，通过该方法可以模拟航天员在太空执行舱外维修任务时航天服手套对维修操作的影响，从而提高地面试验的准确性；同时通过控制台2驱动伺服机构1，带动维修设备模拟件7移动，模拟试验人员与维修设备模拟件任意相对位置，通过该方法可以验证舱外航天员与维修设备之间的相对位置是否支持维修操作，从而优化设备布局。

真空罐3上设置有观察窗4和航天服手套5，航天服手套5伸入到所述真空罐3内部，且与真空罐3之间密封连接；地面试验时，试验人员将双手伸入航天服手套5内，通过航天服手套5操作维修设备模拟件7，同时通过观察窗4观察对维修操作过程进行观察；支架导轨6和伺服机构1均位于真空罐3内部，支架导轨6固定在真空罐3底部，伺服机构1安装在支架导轨6上；维修设备模拟件7安装在伺服机构1上，在控制台2的控制下具有四个运动自由度。

四个运动自由度是指真空罐3轴向、铅垂向、水平面内垂直于真空罐3轴向、滚转。如图2所示，Y方向即是真空罐3轴向，Z方向即是铅垂向，X方向即是水平面内垂直于真空罐3轴向的方向；X方向、Y方向和Z方向两两垂直，且满足右手定律。

如图2所示，所述伺服机构1包括底座11、立柱12、滑板13和转台14；底座11固定在支架导轨6上，立柱12垂直安装在底座11上，且沿真空罐3轴向移动；滑板13垂直安装在立柱12上且滑板13沿立柱12移动；转台14与滑板13连接，转台14沿滑板13移动，维修设备模拟件7固定在转台14的转盘上，转盘可以沿自身中心轴转动，从而带动维修设备模拟件7滚转。

如图3所示，底座11包括底座框架111、底座导轨112、丝杠113和交流伺服电机114；

底座框架111固定在支架导轨6上，底座框架111采用内凹形结构，凹陷空间用于安装丝杠113和交流伺服电机114，两个底座导轨112沿真空罐3的轴向，平行安装在底座框架111上，用于支撑和限位立柱12沿导轨方向移动，丝杠113和交流伺服电机114安装在底座框架111内部，且垂直高度均低于底座导轨112，避免立柱运动过程中与丝杠113和交流伺服电机114发生碰撞和卡滞，丝杠113采用螺旋升降机的结构型式，交流伺服电机114驱动丝杠113转动，进而带动立柱12沿底座导轨112移动，交流伺服电机114带抱闸功能，移动距离连续可调，且可保持在任意位置。

如图4所示，立柱12包括立柱框架121、立柱导轨122、滑块123、第二交流伺服电机124、第二丝杠125和螺母座126；

立柱框架121采用直角三角形加强结构，确保立柱结构刚度能够承载滑板13、转台14和维修设备模拟件7的重量，立柱框架121镂空降低重量，两个相互平行的立柱导轨122安装在立柱框架121上，且立柱导轨122的安装方向为铅垂向，用于限位滑板13沿铅垂向移动；立柱框架121与底座导轨112之间采用滑块123连接，通过滑块123支撑和限位；螺母座126与底座11上的丝杠113相配合，底座11上的交流伺服电机114转动，带动丝杠113转动，丝杠113上的螺纹驱动螺母座126移动，从而带动立柱12沿底座导轨112移动；第二交流伺服电机124和第二丝杠125安装在立柱框架121内部，第二交流伺服电机124有抱闸功能，第二交流伺服电机124驱动第二丝杠125转动，进而带动滑板13沿立柱导轨122移动。

如图5(a)、5(b)所示，滑板13包括滑板框架131、滑板导轨132、第二滑块133、第三交流伺服电机134、第三丝杠135和第二螺母座136；

滑板框架131通过第二滑块133安装在立柱导轨122上，滑板框架131的安装方向与立柱导轨122垂直，并且滑板框架131的安装方向还垂直于真空罐3轴向，滑板框架131可沿立柱导轨122移动；在滑板框架131上安装有两个相互平行的滑板导轨132，滑板导轨132与立柱导轨122垂直，且两个滑板导轨132所在的平面为铅垂面，滑板导轨132用于限位转台14；

第二螺母座136与立柱12上的第二丝杠125相配合，立柱12上的交流伺服电机124转动，带动丝杠125转动，丝杠125上的螺纹驱动螺母座136移动，从而带动滑板13沿立柱导轨122移动，交流伺服电机124抱闸，则螺母座136停止移动，从而滑板13停止移动，并保持在停止的位置；第三交流伺服电机134和第三丝杠135安装在滑板框架131内部，第三交流伺服电机134有抱闸功能，第三交流伺服电机134驱动第三丝杠135，进而带动转台14沿滑板导轨132移动。

如图6(a)、6(b)、6(c)所示，转台14包括转台框架141、转盘142、第三滑块143、第四交流伺服电机144和第三螺母座145；

转台框架141通过第三滑块143与滑板导轨132连接，转台框架141内部安装有第四交流伺服电机144，驱动转盘142旋转，转盘142上设有十字凹槽，凹槽横截面为倒“T”形，用于固定维修设备模拟件7，转盘142转动，则带动维修设备模拟件7滚转；第三螺母座145与第三丝杠135配合，进而带动转台框架141沿滑板导轨132移动。

如图1和图7所示，本发明还包括摄像机9，安装在真空罐3内的顶部，可以拍摄地面试验过程，用于试验结果分析。

所述真空罐3内部与外部的压力差与航天服手套5的内外压差相同，真空罐3内部压力可以根据不同航天服的设计指标进行调整。

如图1所示，控制台2包括手控盒21、键盘22、鼠标23、显示屏24、急停按钮25和电控箱26，电控箱26内包括电源、测控计算机以及功率放大驱动部分；控制台2放置在真空罐3附近，便于试验过程中临时调整伺服机构1，试验人员可以使用手控盒21、键盘22、鼠标23等各种输入设备控制伺服机构1。

工作原理：

舱外维修地面试验时，需要将本系统伺服机构1和维修设备模拟件7共同放入真空罐3中。首先将伺服机构1固定在真空罐3内部的支架导轨6上，固定时需根据试验件尺寸适当调整伺服机构1的位置，确保试验过程中伺服机构1的部件运动不会碰撞真空罐3；安装控制台电缆8，启动控制台2，利用手控盒21控制伺服机构1运动，确保伺服机构1工作正常；将维修设备模拟件7和工装组合体安装到转盘142上；安装航天服手套5，启动摄像机9，确保摄像机9工作正常，启动照明模拟子系统18，关闭真空罐3的大门；启动真空冷黑模拟子系统15，降低真空罐3内部压力到指定压力，实现冷黑背景模拟；试验人员进入工位，双手伸入航天服手套5，试验辅助人员调整伺服机构1，使设备位置和姿态与在轨状态一致，试验操作人员通过航天服手套5和观察窗4对维修设备进行操作试验；辅助人员记录试验过程和试验结果。

实施例：

如图1所示，真空罐3采用圆柱形卧式结构，主体材料为0Cr18Ni9Ti，内径为2000mm，直段长2000mm；真空罐3设计有两个大门，一侧大门上留有试验人员维修操作用的操作大法兰，大法兰尺寸为直径1000mm，大法兰安装两个航天服手套5和一个观察窗4，航天服手套5的操作孔的直径为200mm，间距400mm，观察窗4中心与2个航天服手套操作孔中心连线的垂直距离为280mm，试验人员通过观察窗4可以看到整个操作界面，真空罐3内安装2根导轨，间距700mm，导轨承重1.2T。

伺服机构1，铅垂向行程300mm，真空罐轴向行程1200mm，水平面内垂直于真空罐轴向行程800mm，移动速度0.3～1.5m/min，滚转方向角度行程-360°～+360°，转速1r/min，精度0.5°。

对3种载人航天器舱外维修设备进行试验，试验结果如表1所示，试验结果表明该系统能够模拟舱外航天服手套压差，且模拟的内外压差可调，同时模拟不同的相对位置，试验无需生产水下试验件，降低了成本。

表1 3种载人航天器舱外维修设备进行试验的试验结果表

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：包括伺服机构(1)、控制台(2)、真空罐(3)、观察窗(4)、航天服手套(5)和支架导轨(6)、真空冷黑环境模拟子系统(15)、热模拟子系统(16)、设备状态模拟子系统(17)、照明模拟子系统(18)；

真空罐(3)上设置有观察窗(4)和航天服手套(5)，航天服手套(5)伸入到所述真空罐(3)内部，且与真空罐(3)之间密封连接；支架导轨(6)和伺服机构(1)均位于真空罐(3)内部，支架导轨(6)固定在真空罐(3)底部，伺服机构(1)安装在支架导轨(6)上；维修设备模拟件(7)安装在伺服机构(1)上，在控制台(2)的控制下具有四个运动自由度；

真空冷黑环境模拟子系统(15)能够模拟航天器在轨时舱外真空冷黑环境；

热模拟子系统(16)能够模拟航天器在轨时舱外温度环境；

设备状态模拟子系统(17)能够模拟维修设备模拟件的工作状态

照明模拟子系统(18)能够模拟舱外照明环境。

2.根据权利要求1所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：所述四个运动自由度是指真空罐(3)轴向、铅垂向、水平面内垂直于真空罐(3)轴向、滚转；

所述伺服机构(1)包括底座(11)、立柱(12)、滑板(13)和转台(14)；

底座(11)固定在支架导轨(6)上，立柱(12)垂直安装在底座(11)上，且沿真空罐(3)轴向移动；滑板(13)垂直安装在立柱(12)上且滑板(13)沿立柱(12)移动；转台(14)与滑板(13)连接，转台(14)沿滑板(13)移动，维修设备模拟件(7)固定在转台(14)的转盘上。

3.根据权利要求2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：底座(11)包括底座框架(111)、底座导轨(112)、丝杠(113)和交流伺服电机(114)；

底座框架(111)固定在支架导轨(6)上，两个底座导轨(112)沿真空罐(3)的轴向，平行安装在底座框架(111)上，丝杠(113)和交流伺服电机(114)安装在底座框架(111)内部，丝杠(113)采用螺旋升降机的结构型式，交流伺服电机(114)驱动丝杠(113)转动，进而带动立柱(12)沿底座导轨(112)移动；

立柱(12)包括立柱框架(121)、立柱导轨(122)、滑块(123)、第二交流伺服电机(124)、第二丝杠(125)和螺母座(126)；

两个相互平行的立柱导轨(122)安装在立柱框架(121)上，且立柱导轨(122)的安装方向为铅垂向，立柱框架(121)与底座导轨(112)之间采用滑块(123)连接，通过滑块(123)支撑和限位；螺母座(126)与底座(11)上的丝杠(113)相配合，用于带动立柱(12)沿底座导轨(112)移动；第二交流伺服电机(124)和第二丝杠(125)安装在立柱框架(121)内部，第二交流伺服电机(124)驱动第二丝杠(125)转动，进而带动滑板(13)沿立柱导轨(122)移动。

4.根据权利要求3所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：滑板(13)包括滑板框架(131)、滑板导轨(132)、第二滑块(133)、第三交流伺服电机(134)、第三丝杠(135)和第二螺母座(136)；

滑板框架(131)通过第二滑块(133)安装在立柱导轨(122)上，滑板框架(131)的安装方向与立柱导轨(122)垂直，并且滑板框架(131)的安装方向还垂直于真空罐(3)轴向；在滑板框架(131)上安装有两个相互平行的滑板导轨(132)，滑板导轨(132)与立柱导轨(122)垂直，且两个滑板导轨(132)所在的平面为铅垂面；

第二螺母座(136)与立柱(12)上的第二丝杠(125)相配合，用于带动滑板(13)沿立柱导轨(122)移动；第三交流伺服电机(134)和第三丝杠(135)安装在滑板框架(131)内部，第三交流伺服电机(134)驱动第三丝杠(135)，进而带动转台(14)沿滑板导轨(132)移动；

转台(14)包括转台框架(141)、转盘(142)、第三滑块(143)、第四交流伺服电机(144)和第三螺母座(145)；

转台框架(141)通过第三滑块(143)与滑板导轨(132)连接，转台框架(141)内部安装有第四交流伺服电机(144)，驱动转盘(142)旋转，转盘(142)上设有十字凹槽，凹槽横截面为倒“T”形，用于固定维修设备模拟件(7)；第三螺母座(145)与第三丝杠(135)配合，进而带动转台框架(141)沿滑板导轨(132)移动。

5.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，还包括摄像机(9)，安装在真空罐(3)内的顶部；

所述真空罐(3)内部与外部的压力差与航天服手套(5)的内外压差相同。

6.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：所述真空冷黑环境模拟子系统(15)，包括：粗抽机组、分子泵、低温泵、闸板阀、真空测量传感器、冷水机组、液氮热沉、液氮外流程设备；用于模拟航天器在轨时舱外真空冷黑环境；

其中，粗抽机组、分子泵、低温泵、闸板阀、真空测量传感器、冷水机组组成真空获得系统，液氮热沉、液氮外流程设备组成冷黑模拟系统，粗抽机组将真空罐(3)进行粗抽真空，分子泵对真空罐(3)进一步抽真空，低温泵最后将真空罐(3)中的气压抽至需要的气压；

闸板阀将真空获得系统与真空罐(3)结合起来，真空测量传感器，包括多个复合真空计电阻规和电离规，粗抽机组抽真空时，真空罐(3)内真空度由复合真空计电阻规来检测，当分子泵和低温泵抽真空时，真空罐(3)内真空度由电离规来检测；

冷水机组用于粗抽机组、分子泵机组、低温泵的水冷控制；

真空罐(3)为圆柱体形式，包括：圆柱段和圆柱段的两端面，圆柱段两端面为真空罐(3)的大门；

液氮热沉采用与真空罐(3)相同的卧式圆柱体形式，由筒体热沉、大门热沉和去污冷屏组成，筒体热沉固定于真空罐(3)的圆柱段内壁处；大门热沉固定于真空罐(3)大门处，可在开门关门过程中随大门运动；去污冷屏用于吸附真空罐(3)的水汽、可凝性挥发物；液氮外流程设备由液氮贮槽、液氮管道和控制阀箱组成；液氮贮槽用于存储液氮，液氮管路连接液氮贮槽和液氮热沉；控制阀箱用于控制液氮管路的流量。

7.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：所述热模拟子系统(16)，包括：红外加热笼、温度测量系统、加热控制系统，红外加热笼采用与热沉内壁贴合的圆柱形结构，红外加热笼通电后能够产生热量，温度测量系统能够实时测量红外加热笼及维修设备模拟件(7)的温度，并将测量的温度发送给加热控制系统，加热控制系统能够根据设定的温度给红外加热笼供电，使红外加热笼散发的热量达到设定的要，以模拟航天器在轨时舱外温度环境。

8.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：所述设备状态模拟子系统(17)包括：多根电缆、穿罐接插件；多根电缆用于连接维修设备模拟件(7)和穿罐接插件，穿罐接插件位于真空罐(3)的罐壁上，为维修设备模拟件(7)提供能源、信息和控制通路，使得真空罐(3)外与维修设备模拟件(7)配套的地面设备能够控制真空罐(3)内的维修设备模拟件(7)，使得维修设备模拟件(7)能够模拟在轨维修时所处的不同工作状态。

9.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：所述照明模拟子系统(18)，包括：LED光源、光源角度调节装置、光源亮度调节装置，LED光源能够发光，通过控制真空罐(3)内的照度来模拟在轨维修时舱外照明环境，光源角度调节装置能够调节LED光源发光的角度，光源亮度调节装置能够调节LED光源的亮度。

10.根据权利要求1或2所述的一种载人航天器舱外维修地面全要素模拟系统，其特征在于：伺服机构(1)、控制台(2)、支架导轨(6)组成的相对位置模拟子系统中控制台(2)能够输出控制信号，用于控制伺服机构(1)在支架导轨(6)上运动，维修设备模拟件(7)装在伺服机构上，以模拟舱外维修时维修设备模拟件(7)与航天员的相对位置关系；

观察窗(4)能够模拟航天员着舱外服时观察维修操作的视野；航天服手套(5)能够模拟航天员着舱外航天服时的手部操作。