CN107380483B - 一种航天器构型 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航天器构型，包括密封舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱，所述航天器构型在轨打开形成三块大面积暴露平台；同时在对地大开口内部设计货物气闸舱，货物通过位于货物气闸舱的弧形外舱门和对地的大开口，利用载荷转移机构运输，径向进出货物气闸舱，实现在轨维修、卫星释放功能，所述弧形外舱门位于所述货物气闸舱的舱体柱段上。

Description

一种航天器构型

技术领域

本发明航天领域，尤其涉及一种航天器构型。

背景技术

随着深空探测、空间运输、载人航天等航天技术的深入发展，对航天器搭载大面积载荷平台以及灵活在轨而转移货物提出了更高要求，传统的航天器构型已不能满足其需求，因此需要一种更高效、更灵活的新型航天器构型。

目前，公知的空间站暴露平台均采用传统的组装式平台设计，需要把航天器和暴露平台分别发射入轨后在轨组装，工序复杂且效率较低，如目前国际空间站仅有希望号实验舱连接一块站外的暴露平台。同时，希望号实验舱的气闸舱可以实现轴线方向转移货物进出密封舱的功能，对于舱体构型设计的局限性较大。

发明内容

本发明提供一种航天器构型，包括密封舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱，所述航天器构型在轨打开形成三块大面积暴露平台；同时在对地大开口内部设计货物气闸舱，货物通过货物气闸舱的弧形外舱门和对地的大开口，利用载荷转移机构运输，径向进出货物气闸舱，实现在轨维修、卫星释放功能，所述弧形外舱门位于所述货物气闸舱的舱体柱段上。

可选的，包括：所述密封舱由对接机构、对接舱门、密封舱前锥段、运载对接段、密封舱柱段、密封舱后锥段组成。

可选的，包括：所述运载对接段为非密封桁条蒙皮结构，所述前端提供与运载连接的法兰接口，后端通过法兰与密封舱柱段连接。

可选的，包括：所述密封舱柱段为圆柱形框加壁板结构，与所述密封舱的前锥段、密封舱后锥段一起，形成密封舱体结构，其后端与所述载荷舱连接；所述密封舱后锥段后端，与所述货物气闸舱连接。

可选的，包括：所述货物气闸舱由内舱门、货物气闸舱前端面、外舱门、货物气闸舱柱段、载荷转移机构、货物气闸舱后球组成。

可选的，所述内舱门开启后与密封舱连通；所述外舱门沿着货物气闸舱柱段内壁滑移开启，开启后可以与对地大开口外的暴露真空环境连通。

可选的，所述内舱门与外舱门不允许同时开启；所述载荷转移机构具有在舱内实现伸缩、转动、锁紧货物、放开货物功能。

可选的，包括：所述载荷舱由载荷舱柱段、固定式大面积暴露平台、对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台、对地大开口、连接解锁机构、阻尼稳速机构、弹簧锁定组件、载荷舱后锥段组成。

可选的，包括：所述载荷舱柱段为框、桁条、蒙皮结构；所述载荷舱后锥段前端与载荷舱柱段连接，后端通过法兰与资源舱连接；所述对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台，通过阻尼稳速机构与载荷舱柱段相连接。

可选的，包括：所述资源舱结构为锥型桁条加蒙皮结构，包含了两个太阳翼，该航天器在发射上升段时，太阳翼收拢压紧，航天器在轨运行后，太阳翼通过解锁机构解锁展开。

本发明的航天器构型创造性的利用舱体自身结构，在轨打开形成三块大面积暴露平台；同时在对地大开口内部设计货物气闸舱，实现在轨维修、卫星释放等功能，并采用新型的弧形外舱门和新型的载荷转移机构，能够提高货物气闸舱的灵活性和空间利用效率。

本发明使新型暴露平台和载荷运输有机结合，大大提高了结构利用效率，拓展了货物运输功能。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

附图说明

图1为本发明的航天器在轨运行状态构型示意图。

图2为本发明的航天器构型中的密封舱构型的示意图。

图3为本发明的航天器构型中的货物气闸舱构型的示意图。

图4为本发明的航天器构型中的载荷舱构型的示意图。

图5为本发明的航天器构型中的资源舱构型的示意图。

图6为本发明的航天器发射状态构型示意图。

附图标记说明：

1为密封舱，2为货物气闸舱，3为载荷舱，4为资源舱；101为对接机构， 102为对接舱门，103为密封舱前锥段，104为运载对接段，105为密封舱柱段，106为密封舱后锥；201为内舱门，202为货物气闸舱前端面，203为外舱门， 204为货物气闸舱柱段，205为载荷转移机构，206为货物气闸舱后球；301为载荷舱柱段，302为固定式大面积暴露平台，303为连接解锁机构，304为载荷舱后锥段，305为阻尼稳速机构，306为对天可展开大面积暴露平台，307为弹簧锁定组件，308为对地可展开大面积暴露平台，309为对地大开口；401为资源舱结构，402为迎风侧太阳翼，403为背风侧太阳翼。

具体实施方式

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此，本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

下面结合附图对本发明的结构组成作进一步说明。

本发明涉及一种航天器构型，天地双侧的舱体结构可以在轨打开，成为大面积暴露平台，同时大、小型货物可以通过对地大开口自动进出密封舱的航天器构型。大面积暴露平台共有3块，单块尺寸2000mm×2500mm，货物最大尺寸900mm×1150mm×1200mm。本发明的航天器构型包括密封舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱。其中密封舱包含了对接机构，货物气闸舱包含了载荷转移机构和两个舱门，载荷舱包含了在轨可展开大面积暴露平台，资源舱包含了太阳翼。该航天器在发射上升段时，可展开大面积暴露平台通过连接解锁机构与舱体锁紧收拢，在轨运行后，连接解锁机构择机解锁，对天、对地双侧平台结构通过阻尼稳速机构打开，并通过弹簧锁定组件锁定到位。为在轨观测、在轨试验和卫星临时停放等空间任务，提供了对天2块、对地1块，共3块大面积暴露平台，可用于在轨对天观测、对地球观测、新材料新技术试验和小飞行器停放等；同时货物可以通过货物气闸舱和对地的大开口自动进出密封舱，进行在轨维修更换设备、在轨卫星释放等。本构型大大提高了结构的利用率，扩展了在轨平台资源，减小了发射尺寸和重量；同时利用大开口，实现自动在轨转移大、小型货物进出密封舱与真空暴露环境之间的功能。

本发明所要解决的问题是，提供一种具有可展开大面积暴露平台，同时实现自动在轨转移大、小型货物进出密封舱的航天器构型。为在轨对天观测、对地球观测、在轨新材料新技术试验、在轨维修更换设备、卫星释放和小飞行器停放等空间任务提供支撑平台，减小航天器的发射尺寸和重量，提高结构的利用率，扩展在轨平台资源。

本发明航天器构型主要由密封舱、货物气闸舱、载荷舱、资源舱组成。

所述密封舱由对接机构、对接舱门、密封舱前锥段、运载对接段、密封舱柱段、密封舱后锥段组成；所述运载对接段为非密封桁条蒙皮结构，前端提供与运载连接的法兰接口，后端通过法兰与密封舱柱段连接；所述密封舱柱段为圆柱形框加壁板结构，与密封舱前锥段、密封舱后锥段一起，形成密封舱体结构，其后端与载荷舱连接；所述密封舱后锥段后端，与货物气闸舱连接。

所述货物气闸舱由内舱门、货物气闸舱前端面、外舱门、货物气闸舱柱段、载荷转移机构、货物气闸舱后球组成；所述内舱门，可以开启后与密封舱连通；所述外舱门，可以沿着货物气闸舱柱段内壁滑移开启，开启后可以与对地大开口外的暴露真空环境连通；内舱门与外舱门不允许同时开启；所述载荷转移机构可以在舱内实现伸缩、转动、锁紧货物、放开货物等功能，从而将货物从舱外暴露真空环境运到密封舱内，或者从密封舱内运到舱外，货物最大尺寸 900mm×1150mm×1200mm。

所述载荷舱由载荷舱柱段、固定式大面积暴露平台、对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台、对地大开口、连接解锁机构、阻尼稳速机构、弹簧锁定组件、载荷舱后锥段组成；所述载荷舱柱段为框、桁条、蒙皮结构；所述载荷舱后锥段前端与载荷舱柱段连接，后端通过法兰与资源舱连接；所述对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台，通过阻尼稳速机构与载荷舱柱段相连接，发射上升段，通过连接解锁机构与舱体锁紧收拢，航天器在轨运行后，连接解锁机构择机解锁，双侧平台结构通过阻尼稳速机构打开，并通过弹簧锁定组件锁定到位，大面积暴露平台共有3块，其中对天2 块，对地1块，单块的尺寸为：2000mm×2500mm，暴露平台展开后，对地大开口可作为货物进出通道。

所述资源舱结构为锥型桁条加蒙皮结构，包含了两个太阳翼，该航天器在发射上升段时，太阳翼收拢压紧，航天器在轨运行后，太阳翼通过解锁机构解锁展开。

本发明充分利用了航天器原有舱体结构，航天器发射时平台收拢为结构的一部分，以满足较小的发射尺寸；航天器入轨后，通过在轨解锁、展开、锁定一系列动作，在轨建立大面积暴露平台，为在轨观测、在轨试验和卫星临时停放等空间任务，提供了对天2块、对地1块，共3块大面积暴露平台；同时对地大开口提供了货物进出货物气闸舱的通道。该构型大大提高了结构的利用率，扩展了在轨平台资源，减小发射尺寸和重量。

图1为本发明的航天器构型示意图。如图1所示，本发明所述的航天器构型包括密封舱1，货物气闸舱2，载荷舱3，资源舱4。

图2为本发明的航天器构型中的密封舱1构型示意图。如图2所示，密封舱1由对接机构101、对接舱门102、密封舱前锥段103、运载对接段104、密封舱柱段105、密封舱后锥段106组成；对接机构101可以作为与其他飞行器在轨对接的接口，安装在密封舱前锥段103前端，对接舱门102设置在密封舱前锥段103的前端，处于对接机构101通道的后侧，开启后可以通过通道与其他飞行器连通，航天员能够穿过通道；运载对接段104为非密封桁条蒙皮结构，前端提供与运载连接的法兰接口，后端通过法兰与密封舱柱段105连接；密封舱柱段105为圆柱形框加壁板结构，与密封舱前锥段103、密封舱后锥段106一起，形成密封舱体结构，其后端与载荷舱柱段301下述连接；密封舱后锥段106 后端与货物气闸舱前端面202连接。

图3为本发明的航天器构型中的货物气闸舱2构型示意图。如图3所示，所述货物气闸舱2由内舱门201、货物气闸舱前端面202、外舱门203、货物气闸舱柱段204、载荷转移机构205、货物气闸舱后球206组成；货物气闸舱前端面202与密封舱后锥段106相连接，内舱门201开启后，货物气闸舱2与密封舱1连通；外舱门203为弧形，可以沿着货物气闸舱柱段204内壁滑移开启，开启后可以与对地大开口外的暴露真空环境连通，这种开启方式可以大大提高货物气闸舱2的空间利用效率；内舱门201与外舱门203不允许同时开启；载荷转移机构205可以实现伸缩、转动、锁紧货物、放开货物等功能，伸缩长度为1800mm，转动角度为90°，从而将货物从舱外暴露真空环境运到舱内，或者从舱内运到舱外，货物最大尺寸900mm×1150mm×1200mm。

货物出舱的大致工作流程为：内舱门201打开→载荷转移机构205通过内舱门201通道伸长至密封舱1→航天员将货物装到载荷转移机构205并锁紧→载荷转移机构205缩回至货物气闸舱2→载荷转移机构205带货物旋转90°(调整至出舱准备状态)→内舱门201关闭→货物气闸舱2泄压→外舱门203打开→载荷转移机构205带货物出舱至对地大开口309下述外的暴露真空环境→结合机械臂完成货物释放→载荷转移机构205缩回至货物气闸舱2→外舱门203关闭→货物气闸舱2复压→内舱门201开启→载荷转移机构205旋转-90°(调整至初始状态)；

货物进舱的大致工作流程为：载荷转移机构205旋转90°(调整至出舱准备状态)→内舱门201关闭→货物气闸舱2泄压→外舱门203打开→载荷转移机构205出舱至对地大开口309下述外的暴露真空环境→结合机械臂将货物装到载荷转移机构205并锁紧→载荷转移机构205带货物缩回至货物气闸舱2→外舱门203关闭→货物气闸舱2复压→内舱门201打开→载荷转移机构205带货物伸长至密封舱1→航天员将货物取下→载荷转移机构205缩回至货物气闸舱2 (调整至初始状态)。

图4为本发明的航天器构型中的载荷舱3构型示意图。如图4所示，载荷舱3由载荷舱柱段301、固定式大面积暴露平台302、对天可展开大面积暴露平台306、对地可展开大面积暴露平台308、对地大开口309、连接解锁机构303、阻尼稳速机构305、弹簧锁定组件307、载荷舱后锥段304组成；载荷舱柱段301 为框、桁条、蒙皮结构，与密封舱1连接；载荷舱后锥段304前端与载荷舱柱段连接，后端通过法兰与资源舱结构401下述连接；对天可展开大面积暴露平台306、对地可展开大面积暴露平台308，通过阻尼稳速机构305与载荷舱柱段 301相连接，发射上升段，通过连接解锁机构303与舱体锁紧收拢，航天器在轨运行后，连接解锁机构303择机解锁，双侧平台结构通过阻尼稳速机构305打开，并通过弹簧锁定组件307锁定到位，大面积暴露平台共有3块，其中对天2 块，对地1块，单块的尺寸为：2000mm×2500mm，暴露平台展开后，对地大开口309可作为货物进出通道。

图5为本发明的航天器构型中的资源舱4构型示意图。如图5所示，资源舱结构401为锥型桁条加蒙皮结构，402为迎风面太阳翼，403为背风侧太阳翼，太阳翼可以绕两个方向转动或摆动，实现对日定向。在航天器发射上升段时，双侧太阳翼收拢压紧，航天器在轨运行后，太阳翼解锁展开。

图6为本发明的航天器发射状态构型示意图。如图6所示，发射状态航天器构型由密封舱1，货物气闸舱2，载荷舱3，资源舱4组成；其中载荷舱3的双侧暴露平台通过上述连接解锁机构303锁紧在舱体结构上，在轨运行后解锁展开；资源舱4的双侧太阳翼收拢在舱体两侧，在轨运行后解锁展开。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种航天器构型，其特征在于，包括密封舱、货物气闸舱、载荷舱和资源舱；所述货物气闸舱由内舱门、货物气闸舱前端面、外舱门、货物气闸舱柱段、载荷转移机构、货物气闸舱后球组成；所述航天器构型在轨打开形成三块大面积暴露平台；同时在对地大开口内部设计货物气闸舱，货物通过货物气闸舱的弧形外舱门和对地的大开口，利用载荷转移机构运输，径向进出货物气闸舱，实现在轨维修、卫星释放功能；

所述内舱门开启后与密封舱连通；所述外舱门沿着货物气闸舱柱段内壁滑移开启，开启后能与对地大开口外的暴露真空环境连通；

所述载荷舱由载荷舱柱段、固定式大面积暴露平台、对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台、对地大开口、连接解锁机构、阻尼稳速机构、弹簧锁定组件、载荷舱后锥段组成。

2.如权利要求1所述的航天器构型，其特征在于，包括：所述密封舱由对接机构、对接舱门、密封舱前锥段、运载对接段、密封舱柱段、密封舱后锥段组成。

3.如权利要求2所述的航天器构型，其特征在于，包括：所述运载对接段为非密封桁条蒙皮结构，所述前端提供与运载连接的法兰接口，后端通过法兰与密封舱柱段连接。

4.如权利要求2所述的航天器构型，其特征在于，包括：所述密封舱柱段为圆柱形框加壁板结构，与所述密封舱的前锥段、密封舱后锥段一起，形成密封舱体结构，其后端与所述载荷舱连接；所述密封舱后锥段后端，与所述货物气闸舱连接。

5.如权利要求1所述的航天器构型，其特征在于，所述内舱门与外舱门不允许同时开启；所述载荷转移机构具有在舱内实现伸缩、转动、锁紧货物、放开货物功能。

6.如权利要求1所述的航天器构型，其特征在于，包括：所述载荷舱柱段为框、桁条、蒙皮结构；所述载荷舱后锥段前端与载荷舱柱段连接，后端通过法兰与资源舱连接；所述对天可展开大面积暴露平台、对地可展开大面积暴露平台，通过阻尼稳速机构与载荷舱柱段相连接。

7.如权利要求1所述的航天器构型，其特征在于，包括：所述资源舱结构为锥型桁条加蒙皮结构，包含了两个太阳翼，该航天器在发射上升段时，太阳翼收拢压紧，航天器在轨运行后，太阳翼通过解锁机构解锁展开。