CN107416230B - 一种航天器的货物气闸舱的构型 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新的航天器的货物气闸舱的构型，包括：形成封闭的圆柱状空间的货物气闸舱柱段、货物气闸舱前端面、货物气闸舱后球、设置在所述货物气闸舱柱段的对地侧的外舱门、设置在所述货物气闸舱前端面上的内舱门，所述内舱门开启后与密封舱相连通以形成第一载荷转移通道，载荷转移机构可以通过该第一载荷转移通道伸到密封舱，所述内舱门与外舱门不得同时开启。本发明提供的航天器的货物气闸舱的构型，实现自动在轨转移大、小型货物进出密封舱，为在轨运输、维修更换设备、卫星释放等空间任务提供支撑平台；同时实现真空环境、对地暴露环境与载人环境的切换，为载荷空间试验提供平台。

Description

一种航天器的货物气闸舱的构型

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种航天器的货物气闸舱的构型。

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，对航天器在轨转移货物、释放卫星、在轨试验等功能提出了更高要求，传统的舱体构型已不能满足其需求，因此需要一种更高效、更灵活的新型气闸舱构型。

目前，公知的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，且其并未提供载荷空间试验的平台，转移货物时，采用两端夹紧的方式，单次运输只能装夹一次，效率低下。

因此，需要提供一种更加高效、灵活的航天器的货物气闸舱的构型。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种新的航天器的货物气闸舱的构型，实现自动在轨转移大、小型货物进出密封舱，为在轨运输、维修更换设备、卫星释放等空间任务提供支撑平台；同时实现真空环境、对地暴露环境与载人环境的切换，为载荷空间试验提供平台。

为了解决上述问题，本发明提供一种新的航天器的货物气闸舱的构型，包括：

货物气闸舱柱段，其中设置有载荷转移机构以便将货物载荷安装或卸下；

货物气闸舱前端面，位于货物气闸舱柱段的一侧；

货物气闸舱后球，位于货物气闸舱柱段的另一侧，所述货物气闸舱后球和货物气闸舱前端面与货物气闸舱柱段形成封闭的圆柱状空间；

外舱门，设置在所述货物气闸舱柱段的对地侧，所述外舱门在开启后与对地暴露环境相连通；

内舱门，设置在所述货物气闸舱前端面上，所述内舱门开启后与密封舱相连通以形成第一载荷转移通道，载荷转移机构可以通过该第一载荷转移通道伸到密封舱，所述内舱门与外舱门不得同时开启。

可选地，所述内舱门以手动方式开启，所述内舱门包括内舱门门体、舷窗、门轴、手动解锁机构，内舱门门体开启后，货物气闸舱与密封舱连通，第一载荷转移通道的尺寸为1250mm×1310mm，在门体关闭后，航天员通过所述舷窗观测货物气闸舱内载荷试验情况或货物运输情况。

可选地，所述外舱门包括：外舱门门框、外舱门门体、外舱门轨道，所述外舱门轨道沿所述货物气闸舱柱段的内壁布局，所述外舱门门体沿着外舱门轨道滑移开启或关闭，以提高货物气闸舱空间利用率；外舱门开启后可以与对地一侧暴露真空环境连通形成第二载荷转移通道；第二载荷转移通道的最大尺寸为1230mm×1250mm。

可选地，所述外舱门的数目扩展为多个，对应的所述第二载荷扩展通道的数目为多个。

可选地，载荷转移机构包括两个发射端锁紧装置、旋转机构、伸缩机构、位置调整机构、适配器；发射状态时，所述两个发射端锁紧装置锁紧，在轨运行后，所述两个发射端锁紧装置由航天员手动拆除，所述旋转机构、伸缩机构、位置调整机构相互配合以实现货物载荷转移；

可选地，所述旋转机构转动角度为90°，伸缩机构的伸缩长度为1800mm，位置调整机构的调整范围为0-500mm。

可选地，所述适配器用于安装货物载荷，进行运输任务或载荷试验任务，安装面上用转接板扩展后可以同时安装多个适配器。

载荷转移机构具有转动、伸缩、位置调整、锁紧、放开的功能，从而将单个或多个货物从舱外暴露真空环境运到舱内，或者从舱内运到舱外，货物整体最大尺寸为900mm×1150mm×1200mm。

可选地，所述适配器用于进行真空环境或载人环境下的载荷空间试验。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的用于航天器货物运输转移和载荷空间试验的货物气闸舱的构型和布局，具有较高的运输效率、空间利用效率和灵活性，适应大部分货物运输转移、设备维修更换、载荷空间试验、对地观测、信号传输、卫星释放等空间任务。

进一步优化地，外舱门门体可以沿着外舱门轨道滑移开启或关闭，该设计最小程度的占用舱内空间，提高货物气闸舱空间利用率。

进一步优化地，所述内舱门以手动方式开启，所述内舱门包括内舱门门体、舷窗、门轴、手动解锁机构，在门体关闭后，航天员通过所述舷窗可以观测货物气闸舱内载荷试验情况或货物运输情况；

进一步优化地，所述适配器用于安装货物载荷，进行运输任务或载荷试验任务，安装面上用转接板扩展后可以同时安装多个适配器，并且所述适配器用于进行真空环境或载人环境下的载荷空间试验；

进一步优化地，所述外舱门的数目扩展为多个，对应的所述第二载荷扩展通道的数目为多个，从而可以进一步提升货物从外界进入货物气闸舱的传输效率，并且提高货物气闸舱的整体设计的灵活性。

附图说明

图1为本发明的货物气闸舱的构型示意图。

图2为本发明的货物气闸舱的外舱门示意图。

图3为本发明的货物气闸舱的内舱门示意图。

图4为本发明的货物气闸舱的载荷转移机构发射状态示意图。

图5为本发明的货物气闸舱中载荷转移机构带多个适配器运行示意图。

图6为本发明的货物气闸舱的内舱门开启载荷转移机构伸至密封舱示意图。

图7为本发明的货物气闸舱的载荷转移机构转动至出舱准备状态示意图。

图8为本发明的货物气闸舱的外舱门开启载荷转移机构伸至舱外示意图。

具体实施方式

发明提供的航天器的货物气闸舱的构型，包括：

货物气闸舱柱段，其中设置有载荷转移机构以便将货物载荷安装或卸下；

货物气闸舱前端面，位于货物气闸舱柱段的一侧；

货物气闸舱后球，位于货物气闸舱柱段的另一侧，所述货物气闸舱后球和货物气闸舱前端面与货物气闸舱柱段形成封闭的圆柱状空间；

外舱门，设置在所述货物气闸舱柱段的对地侧，所述外舱门在开启后与对地暴露环境相连通；

内舱门，设置在所述货物气闸舱前端面上，所述内舱门开启后与密封舱相连通以形成第一载荷转移通道，载荷转移机构可以通过该第一载荷转移通道伸到密封舱，所述内舱门与外舱门不得同时开启。

下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。请参考图1，图1为本发明的货物气闸舱构型示意图。本发明所述的货物气闸舱构型由外舱门1、内舱门2、货物气闸舱前端面3、货物气闸舱柱段4、货物气闸舱后球5、载荷转移机构6组成。货物气闸舱前端面3与其他密封舱相连接；内舱门2开启后与密封舱相连通；外舱门1通道位于所述货物气闸舱柱段4的对地侧，所述外舱门1在开启后与对地暴露环境相连通；内舱门2与外舱门1不得同时开启。需要说明的是，在实际中，根据具体的需要，所述外舱门2的数目扩展为多个(比如有两个外舱门甚至3个外舱门，此时外舱门的尺寸和形状可以根据传送货物的情况进行具体的设置)，对应形成多个第二载荷扩展通道，从而可以进一步提升货物从外界进入货物气闸舱的传输效率。从而可以进一步提升货物从外界进入货物气闸舱的传输效率，并且提高货物气闸舱的整体设计的灵活性。当然，可以有多个外舱门对应一个第二载荷扩展通道，使得货物气闸舱结构更加紧凑。

图2为本发明的货物气闸舱构型中的外舱门1示意图。如图2所示，外舱门1由外舱门门框101、外舱门门体102、外舱门轨道103组成；外舱门门体102为弧形，外舱门轨道103沿圆柱舱体内壁布局，外舱门门体102可以沿着外舱门轨道103滑移开启或关闭，该设计最小程度的占用舱内空间，提高货物气闸舱空间利用率。外舱门开启后可以与对地一侧暴露真空环境连通，通道最大尺寸为1230mm×1250mm；载荷转移机构6可以通过该通道伸到舱体外部暴露环境中，由机械臂抓取载荷或安装载荷。

图3为本发明的货物气闸舱构型中的内舱门2示意图。如图3所示，所述内舱门2由内舱门门体201、舷窗202、门轴203、手动解锁机构204组成，内舱门2由密封舱内航天员手动打开或关闭。内舱门2开启后，货物气闸舱与密封舱连通，通道尺寸为1250mm×1310mm，载荷转移机构6可以通过该通道伸到密封舱，便于货物载荷的安装或卸下；内舱门2关闭后，航天员可以通过舷窗202观测货物气闸舱内载荷试验情况或货物运输情况等内景。

图4为本发明的货物气闸舱中载荷转移机构发射状态示意图。如图4所示，载荷转移机构6由发射端锁紧装置601、旋转机构602、伸缩机构603、位置调整机构604、适配器605组成。发射状态时，两个发射端锁紧装置601锁紧，在轨运行后，由航天员手动拆除；旋转机构602转动角度为90°，伸缩机构603 伸缩长度为1800mm，位置调整机构604可以最多移动调整500mm；适配器605用于安装货物载荷，进行运输任务或载荷试验任务，安装面上用转接板扩展后可以同时安装多个适配器605。正常运行时，载荷转移机构6可以实现转动、伸缩、位置调整、锁紧货物、放开货物等功能，从而将单个或多个货物从舱外暴露真空环境运到舱内，或者从舱内运到舱外，货物整体最大尺寸为900mm×1150mm×1200mm。不进行货物运输任务时，适配器605上可安装载荷，进行真空环境或载人环境下的载荷空间试验。

图5为本发明的货物气闸舱中载荷转移机构带多个适配器运行示意图。如图5所示，航天器在轨运行后，航天员已经将载荷转移机构6的两个发射端锁紧装置601拆除，并在载荷转移机构6的位置调整机构 604上用转接板安装了多个适配器605，用于一次运输多个货物，或进行多个载荷空间试验。

图6为本发明的货物气闸舱内舱门开启载荷转移机构伸至密封舱示意图。如图6所示，内舱门2开启状态，载荷转移机构6的发射端锁紧装置601已拆除，载荷转移机构6处于伸长状态，外舱门1处于关闭状态。

图7为本发明的货物气闸舱中载荷转移机构转动至出舱准备状态示意图。如图7所示，载荷转移机构 6旋转90°，处于出舱准备状态，内舱门2关闭，外舱门1处于关闭状态。

图8为本发明的货物气闸舱中外舱门开启载荷转移机构伸至舱外示意图。如图8所示，内舱门2处于关闭状态，外舱门1处于开启状态，载荷转移机构6旋转90°后，伸长至舱外暴露环境。

货物出舱的大致工作流程为：内舱门2打开→载荷转移机构6通过内舱门2通道伸长至密封舱→航天员将货物装到载荷转移机构6并锁紧→载荷转移机构6缩回至货物气闸舱→载荷转移机构6带货物旋转 90°(调整至出舱准备状态)→内舱门2关闭→货物气闸舱泄压→外舱门1打开→载荷转移机构6带货物出舱至暴露真空环境→结合机械臂完成货物释放→载荷转移机构6缩回至货物气闸舱→外舱门1关闭→货物气闸舱复压→内舱门2开启→载荷转移机构6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6旋转90°(调整至出舱准备状态)→内舱门2关闭→货物气闸舱泄压→外舱门1打开→载荷转移机构6出舱至暴露真空环境→结合机械臂将货物装到载荷转移机构6并锁紧→载荷转移机构6带货物缩回至货物气闸舱→外舱门1关闭→货物气闸舱复压→内舱门2打开→载荷转移机构6旋转-90°→载荷转移机构6带货物伸长至密封舱→航天员将货物取下→载荷转移机构6 缩回至货物气闸舱(调整至初始状态)。

载荷进行真空环境试验时，载荷安装在载荷转移机构6的适配器605上，内舱门2关闭状态，外舱门 1开启或关闭状态，舱内真空；载荷进行对地暴露环境试验、信号传输、对地观测等任务时，载荷安装在载荷转移机构6的适配器605上，内舱门2关闭状态，外舱门1开启状态，通过外舱门1的对地通道获得对地视场；载荷进行大气压载人空间下环境试验时，载荷安装在载荷转移机构6的适配器605上，内舱门 2关闭或开启状态，外舱门1关闭状态，舱内大气压状态。内舱门2关闭时，航天员可通过舷窗202观察试验情况。一次可同时进行一个或多个载荷试验。

综上，本发明提供的用于航天器货物运输转移和载荷空间试验的货物气闸舱的构型和布局，具有较高的运输效率、空间利用效率和灵活性，适应大部分货物运输转移、设备维修更换、载荷空间试验、对地观测、信号传输、卫星释放等空间任务。

进一步优化地，外舱门门体可以沿着外舱门轨道滑移开启或关闭，该设计最小程度的占用舱内空间，提高货物气闸舱空间利用率。

进一步优化地，所述内舱门以手动方式开启，所述内舱门包括内舱门门体、舷窗、门轴、手动解锁机构，在门体关闭后，航天员通过所述舷窗可以观测货物气闸舱内载荷试验情况或货物运输情况；

进一步优化地，所述适配器用于安装货物载荷，进行运输任务或载荷试验任务，安装面上用转接板扩展后可以同时安装多个适配器，并且所述适配器用于进行真空环境或载人环境下的载荷空间试验。

因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，包括：

货物气闸舱柱段，其中设置有载荷转移机构以便将货物载荷安装或卸下；

货物气闸舱前端面，位于货物气闸舱柱段的一侧；

货物气闸舱后球，位于货物气闸舱柱段的另一侧，所述货物气闸舱后球、货物气闸舱前端面与货物气闸舱柱段形成封闭的圆柱状空间；

外舱门，设置在所述货物气闸舱柱段的对地侧，所述外舱门在开启后与对地暴露环境相连通；

内舱门，设置在所述货物气闸舱前端面上，所述内舱门开启后与密封舱相连通以形成第一载荷转移通道，载荷转移机构可以通过该第一载荷转移通道伸到密封舱，所述内舱门与外舱门不得同时开启；

所述外舱门包括:外舱门门框、外舱门门体、外舱门轨道，所述外舱门轨道沿所述货物气闸舱柱段的内壁布局，所述外舱门门体沿着外舱门轨道滑移开启或关闭，以提高货物气闸舱空间利用率;

所述外舱门轨道包括三条轨道，所述外舱门门体的一侧与其中两条轨道相连，所述外舱门门体的另一侧与第三条轨道相连；

所述载荷转移机构包括两个发射端锁紧装置、旋转机构、伸缩机构、位置调整机构、适配器；所述旋转机构安装在所述伸缩机构的底部，所述位置调整机构安装在所述伸缩机构上，所述适配器安装在所述位置调整机构上，两个所述发射端锁紧装置均与所述伸缩机构连接；

所述旋转机构、伸缩机构、位置调整机构相互配合以实现货物载荷转移。

2.如权利要求1所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述内舱门以手动方式开启，所述内舱门包括内舱门门体、舷窗、门轴、手动解锁机构；内舱门门体开启后，货物气闸舱与密封舱连通，第一载荷转移通道的尺寸为1250mm×1310mm，所述舷窗用于在门体关闭后观测货物气闸舱内载荷试验情况或货物运输情况。

3.如权利要求1所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，外舱门开启后可以与对地一侧暴露真空环境连通形成第二载荷转移通道；第二载荷转移通道的最大尺寸为1230mm×1250mm。

4.如权利要求3所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述外舱门的数目扩展为多个，对应的所述第二载荷转移通道的数目为多个。

5.如权利要求1所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，发射状态时，所述两个发射端锁紧装置锁紧，在轨运行后，所述两个发射端锁紧装置由航天员手动拆除。

6.如权利要求5所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述旋转机构转动角度为90°，伸缩机构的伸缩长度为1800mm，位置调整机构的调整范围为0-500mm。

7.如权利要求5 所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述适配器用于安装货物载荷，进行运输任务或载荷试验任务，所述适配器能够扩展为多个。

8.如权利要求5 所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述载荷转移机构具有转动、伸缩、位置调整、锁紧、放开的功能，从而将单个或多个货物从舱外暴露真空环境运到舱内，或者从舱内运到舱外，货物整体最大尺寸为900mm×1150mm×1200mm。

9.如权利要求5 所述的航天器的货物气闸舱的构型，其特征在于，所述适配器用于进行真空环境或载人环境下的载荷空间试验。

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