CN108715236A - 模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，包括：可对接分离的主动端和被动端；所述主动端和所述被动端通过第一对接机构接口和第二对接机构接口实现对接分离，并在对接的同时通过第一电连接器接口和第二电连接器接口的连接实现充电主动装置和充电被动装置的连接，及在对接的同时通过第一补加接口和第二补加接口的连接实现推进剂补加装置和推进剂被补加装置的连接；控制装置生成对接指令、补加指令和充电指令，分别控制主动端对被动端的对接、推进剂补加及充电。本发明的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，可以验证对接、推进剂补加和充电过程一体化设计技术。

Description

模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台

技术领域

本发明涉及空间小型卫星的地面模拟装置技术领域，尤其涉及的是一种模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台。

背景技术

我国正研究发展可重复使用的空间运输技术，如果可对空间卫星实施在轨机械臂辅助对接、推进剂补加、充电，可使得空间卫星能够被重复使用，极大地提高卫星使用寿命，降低卫星全生命周期成本。同时，相关的卫星可重复使用技术研究，对于未来卫星标准化接口设计、拓展在轨维修维护等都有巨大的潜在价值。

但是，若为验证相关可重复使用技术，在空间中直接进行操作，需要通过母卫星携带小型卫星入轨，在轨释放小卫星之后，由母卫星上的机械臂完成对小卫星的在轨捕获和与母卫星的辅助对接，形成组合体，之后，通过标准的接口，完成对小卫星的推进剂补加和充电，显然在成本及实现上都更为限制。

因此，为完成相关技术论证，需要研制一套空间小型卫星可重复使用技术地面试验台，检验分离型小卫星的对接机构设计合理性、推进剂补加和充电技术可行性，以及三者之间接口匹配性，并开展性能评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，可以验证对接、推进剂补加和充电过程一体化设计技术。

为解决上述问题，本发明提出一种模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，包括：可对接分离的主动端和被动端；

所述主动端包括对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置，所述对接机构主动件包括第一对接机构接口及集成在所述第一对接机构接口上的第一电连接器接口和第一补加接口；所述被动端包括对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置；所述对接机构被动件包括第二对接机构接口及集成在所述第二对接机构接口上的第二电连接器接口和第二补加接口；

所述主动端和所述被动端通过所述第一对接机构接口和第二对接机构接口实现对接分离，并在对接的同时通过第一电连接器接口和第二电连接器接口的连接实现充电主动装置和充电被动装置的连接，及在对接的同时通过第一补加接口和第二补加接口的连接实现推进剂补加装置和推进剂被补加装置的连接；

所述控制装置生成对接指令、补加指令和充电指令，分别控制主动端对被动端的对接、推进剂补加及充电。

根据本发明的一个实施例，所述主动端还包括基座；所述基座上安装所述对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置；所述基座还设置有用以放置所述被动端的水平台面，对接机构主动件朝向所述水平台面设置。

根据本发明的一个实施例，所述基座包括：底座框架、第一安装框架和防护框；所述底座框架的上端一侧安装所述第一安装框架，所述底座框架的上端另一侧安装所述防护框；所述第一安装框架上安装所述对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置；所述防护框上用以放置所述被动端，并限制所述被动端移出。

根据本发明的一个实施例，所述基座还包括制动轮，安装在底座框架的底部。

根据本发明的一个实施例，所述被动端还包括可移动平台，在所述水平台面上可设置三自由度的运动，所述可移动平台上安装所述对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置。

根据本发明的一个实施例，所述可移动平台包括第二安装框架及安装在所述第二安装框架的底部的滚动调高轮；所述第二安装框架上安装所述对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置，所述滚动调高轮可调高与可移动平台可三自由度运动，实现被动端到主动端的定位。

根据本发明的一个实施例，所述第一对接机构接口和第二对接机构接口均具有爪状结构，两者的爪状结构相互错位；在所述第一对接机构接口和第二对接机构接口对接时，通过爪状结构抱拢锁紧对方。

根据本发明的一个实施例，所述对接机构主动件和对接机构被动件接收所述控制装置的对接指令并反馈状态信息。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：

通在地面端设置主动端和被动端整套设备，通过主动端和被动端之间的对接配合及补加、充电的试验控制，可以验证空间小型卫星在轨机械臂辅助对接、推进剂补加、充电过程等卫星可重复使用相关技术，为空间小型卫星在空间中的可重复使用提供了支持，能够对分离型小卫星的对接机构设计合理性、推进剂补加和充电技术可行性、以及三者之间接口匹配性进行检验，降低试验的成本与难度，可进一步对辅助对接、补加及充电全过程集成演示。

附图说明

图1为本发明实施例的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台的结构示意图；

图2为本发明实施例的基座的结构示意图；

图3为本发明实施例的可移动平台的结构示意图；

图4为本发明实施例的对接机构的示意图；

图5为本发明实施例的推进剂补加及被补加装置的结构示意图。

图中标记说明：

101-底座框架，102-制动轮，103-防护框，104-第一安装框架，201-第二安装框架，202-滚动调高轮，301-第一对接机构接口，302-第二对接机构接口，303-第一补加接口，304-第一电连接器接口，305-第二补加接口，306-第二电连接器接口，401-推进剂补加装置，402-推进剂被补加装置，5-充电被动装置，6-控制装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多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的限制。

参看图1-5，在一个实施例中，模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台包括：可对接分离的主动端和被动端。被动端模拟的是空间小型卫星，主动端则可以与该空间小型卫星模拟进行对接，对其进行充电和推进剂的补加，从而可以验证对接、推进剂补加和充电过程一体化设计技术，完成对接、补加及充电全过程集成演示，为验证空间相关可重复使用技术提供了技术支持。

主动端包括对接机构主动件、推进剂补加装置401、充电主动装置(图中未示出)和控制装置6。对接机构主动件包括第一对接机构接口301及集成在所述第一对接机构接口上的第一电连接器接口304和第一补加接口303。被动端包括对接机构被动件、推进剂被补加装置402及充电被动装置5。对接机构被动件包括第二对接机构接口302及集成在所述第二对接机构接口上的第二电连接器接口306和第二补加接口305。

主动端和被动端通过第一对接机构接口301和第二对接机构接口302实现对接分离，并在对接的同时通过第一电连接器接口304和第二电连接器接口306的连接实现充电主动装置和充电被动装置5的连接，及在对接的同时通过第一补加接口303和第二补加接口305的连接实现推进剂补加装置401和推进剂被补加装置402的连接。

对接机构主动件和对接机构被动件构成对接机构，完成主动端和被动端的对接；第一电连接器接口304和第二电连接器接口306连接构成充电通道，使得主动端的充电主动装置可以向充电被动装置5进行充电，实现模拟充电功能；第一补加接口303和第二补加接口305连接构成补加通道，使得主动端的推进剂补加装置401可以向被动端的推进剂被补加装置402补加推进剂。

控制装置6生成对接指令、补加指令和充电指令，分别控制主动端对被动端的对接、推进剂补加及充电。控制装置6可以是一台控制计算机。可以控制整个试验流程、数据采集和显示。

推进剂补加装置401、推进剂被补加装置402在对接机构的补加接口完成连接后，接受控制装置6的补加指令，并返回状态数据，进行浮动断连接器连接、气密性检查、液体补加、贮箱泄压等操作。充电主动装置和充电被动装置5在对接机构的电连接器接口完成连接后，接收控制装置6的充电指令，进行通电、断电。

优选的，对接机构主动件和对接机构被动件接收所述控制装置6的对接指令并反馈状态信息，控制装置6可以更快反馈的状态信息来进一步调整控制或显示等。控制装置6内集成有对接、补加、充电等控制流程，对整个试验过程进行指令发布、监控，数据采集、显示等。

通在地面端设置主动端和被动端整套设备，通过主动端和被动端之间的对接配合及补加、充电的试验控制，可以验证空间小型卫星在轨机械臂辅助对接、推进剂补加、充电过程等卫星可重复使用相关技术，为空间小型卫星在空间中的可重复使用提供了支持，能够对分离型小卫星的对接机构设计合理性、推进剂补加和充电技术可行性、以及三者之间接口匹配性进行检验，降低试验的成本与难度，可进一步对辅助对接、补加及充电全过程集成演示。

在一个实施例中，参看图1和图2，主动端还包括基座。基座上安装第一对接部、推进剂补加装置401、充电主动装置和控制装置6，对整个试验系统提供各类安装机械接口。基座还设置有用以放置被动端的水平台面，对接机构主动件朝向水平台面设置，保证对接时两者位于同一个基座上，能保证一定的水平安装精度。

进一步的，基座包括：底座框架101、第一安装框架104和防护框103。底座框架101的上端一侧安装第一安装框架104，所述底座框架101的上端另一侧安装所述防护框103。第一安装框架104上安装所述第一对接部、推进剂补加装置401、充电主动装置和控制装置6。所述防护框103上用以放置所述被动端，也即防护框103的表面为水平台面，且可以限制所述被动端移出，为被动端提供机械保护。优选的，底座框架101、第一安装框架104和防护框103为铝合金材质，轻便牢固。

进一步的，基座还可以包括制动轮102，安装在底座框架101的底部，可以便于整个装置的移动，且可制动而固定在需要的位置处，保证对接时的稳定性。

在一个实施例中，参看图1和图3，被动端还可以包括可移动平台。可移动平台在水平台面上有三自由度运动，可移动平台上安装对接机构被动件、推进剂被补加装置402及充电被动装置5。

进一步的，可移动平台包括第二安装框架201及安装在所述第二安装框架201的底部的滚动调高轮202；所述第二安装框架201上安装所述第二对接部、推进剂被补加装置402及充电被动装置5，所述滚动调高轮202可通过伸缩机构来实现调高，同时通过可移动平台的三自由度运动，实现被动端到主动端的定位。模拟小飞行器可实现水平面内三自由度的运动，并为对接机构提供高度方向上的定位精度和设定对接初始条件。优选的，第二安装框架201可以是铝合金材质。

优选的，参看图4，第一对接机构接口301和第二对接机构接口302均具有爪状结构，两者的爪状结构相互错位；在所述第一对接机构接口301和第二对接机构接口302对接时，通过爪状结构抱拢锁紧对方。对接机构具有捕获、校正、锁紧功能，并集成补加接口和电连接器接口，能够接受控制装置的对接相关指令，并返回状态数据，为液体补加提供管路通道和充电提供电传输通道。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，包括：可对接分离的主动端和被动端；

所述主动端包括对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置，所述对接机构主动件包括第一对接机构接口及集成在所述第一对接机构接口上的第一电连接器接口和第一补加接口；所述被动端包括对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置；所述对接机构被动件包括第二对接机构接口及集成在所述第二对接机构接口上的第二电连接器接口和第二补加接口；

所述主动端和所述被动端通过所述第一对接机构接口和第二对接机构接口实现对接分离，并在对接的同时通过第一电连接器接口和第二电连接器接口的连接实现充电主动装置和充电被动装置的连接，及在对接的同时通过第一补加接口和第二补加接口的连接实现推进剂补加装置和推进剂被补加装置的连接；

所述控制装置生成对接指令、补加指令和充电指令，分别控制主动端对被动端的对接、推进剂补加及充电。

2.如权利要求1所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述主动端还包括基座；所述基座上安装所述对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置；所述基座还设置有用以放置所述被动端的水平台面，对接机构主动件朝向所述水平台面设置。

3.如权利要求2所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述基座包括：底座框架、第一安装框架和防护框；所述底座框架的上端一侧安装所述第一安装框架，所述底座框架的上端另一侧安装所述防护框；所述第一安装框架上安装所述对接机构主动件、推进剂补加装置、充电主动装置和控制装置；所述防护框上用以放置所述被动端，并限制所述被动端移出。

4.如权利要求3所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述基座还包括制动轮，安装在底座框架的底部。

5.如权利要求2所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述被动端还包括可移动平台，在所述水平台面上可设置三自由度的运动，所述可移动平台上安装所述对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置。

6.如权利要求5所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述可移动平台包括第二安装框架及安装在所述第二安装框架的底部的滚动调高轮；所述第二安装框架上安装所述对接机构被动件、推进剂被补加装置及充电被动装置，所述滚动调高轮可调高与可移动平台可三自由度运动，实现被动端到主动端的定位。

7.如权利要求1所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述第一对接机构接口和第二对接机构接口均具有爪状结构，两者的爪状结构相互错位；在所述第一对接机构接口和第二对接机构接口对接时，通过爪状结构抱拢锁紧对方。

8.如权利要求1所述的模拟实现空间小型卫星可重复使用的地面试验台，其特征在于，所述对接机构主动件和对接机构被动件接收所述控制装置的对接指令并反馈状态信息。