CN108820268B - 一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统和方法,该系统包括无人机、绳系可回收装置、载荷舱和控制中心,所述无人机下方连接所述绳系可回收装置,所述绳系可回收装置下方连接所述载荷舱;所述控制中心,用于分别向所述无人机、所述绳系可回收装置和所述载荷舱发送控制指令;所述无人机,用于根据所述控制指令将所述绳系可回收装置和所述载荷舱提升至预定高度;所述绳系可回收装置,用于根据所述控制指令向下释放所述载荷舱;所述载荷舱,用于根据所述控制指令在下降过程中生成微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至所述控制中心。本发明提供的技术方案可以广泛应用于空间微重力实验领域。
Description
技术领域
本发明涉及空间应用技术领域,尤其涉及一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统和方法。
背景技术
半个世纪以来,全球空间科学与应用取得了巨大成就,其中空间微重力科学更是带动了多学科的跨越发展。探空火箭、失重飞机和落塔/落管(井)等微重力实验设施是微重力实验验证的主要手段。这几种类型的微重力设施各有优缺点,其中,探空火箭能够提供较长的微重力水平时间,可以达到几百秒,微重力水平可以达到10-4~10-5g量级,但发射成本太高,一次需数百万元,不亚于微重力卫星;失重飞机能提供20秒以上微重力时间,可以携带较大体积的载荷,但产生的微重力水平有限,只在10-3g量级,且运行成本昂贵,往往一次实验需要上千万元;落塔/落管(井)运行简便、成本较低,如果采用双舱方式,可以达到10-5~10-6g量级,但微重力时间较短,目前落塔/落管(井)微重力时间一般小于10秒。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统和方法。
一方面,本发明提供一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,该系统包括无人机、绳系可回收装置、载荷舱和控制中心,所述无人机下方连接所述绳系可回收装置,所述绳系可回收装置下方连接所述载荷舱。
所述控制中心,用于分别向所述无人机、所述绳系可回收装置和所述载荷舱发送控制指令。
所述无人机,用于根据所述控制指令将所述绳系可回收装置和所述载荷舱提升至预定高度。
所述绳系可回收装置,用于根据所述控制指令向下释放所述载荷舱。
所述载荷舱,用于根据所述控制指令在下降过程中生成微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至所述控制中心。
另一方面,本发明还提供一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,应用于上述系统,该方法包括:
步骤1,无人机将绳系可回收装置和载荷舱提升至预定高度。
步骤2,绳系可回收装置向下释放载荷舱。
步骤3,载荷舱在下降过程中产生微重力环境,得到微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至控制中心。
本发明提供的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统和方法的有益效果是,利用无人机将通过绳系可回收装置连接的载荷舱提升至距离地面一定高度,并基于自由落体运动的原理向下释放载荷舱以在载荷舱内产生微重力环境并得到相应的微重力实验数据,载荷舱内的微重力水平和持续时间可通过调整无人机和绳系可回收装置的运动状态进行调整,由例如位于地面的远程控制中心获得相应的微重力实验数据,以进行应用于微重力空间实验的地面验证。本发明的技术方案不受周围空间限制,载荷所受加速度过载可控,微重力时间长,且实验准备时间短,可大幅度提高微重力实验频率,因此在建造和发射成本等方面具有较大优势,可广泛应用于空间微重力实验领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统的结构框图;
图2为本发明实施例的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统的工作状态示意图;
图3为本发明实施例的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,本发明实施例提供的一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统包括无人机1、绳系可回收装置2、载荷舱3和控制中心4,无人机1下方连接绳系可回收装置2,绳系可回收装置2下方连接载荷舱3。
控制中心4,用于分别向无人机1、绳系可回收装置2和载荷舱3发送控制指令。
无人机1,用于根据所述控制指令将绳系可回收装置2和载荷舱3提升至预定高度。
绳系可回收装置2,用于根据所述控制指令向下释放载荷舱3。
载荷舱3,用于根据所述控制指令在下降过程中生成微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至控制中心4。
在本实施例中,利用无人机1将通过绳系可回收装置2连接的载荷舱3提升至距离地面一定高度,并基于自由落体运动的原理向下释放载荷舱3以在载荷舱3内产生微重力环境并得到相应的微重力实验数据,载荷舱3内的微重力水平和持续时间可通过调整无人机1和绳系可回收装置2的运动状态进行调整,由例如位于地面的远程控制中心4获得相应的微重力实验数据,以进行应用于微重力空间实验的地面验证。本发明的技术方案不受周围空间限制,载荷所受加速度过载可控,微重力时间长,且实验准备时间短,可大幅度提高微重力实验频率,因此在建造和发射成本等方面具有较大优势,可广泛应用于空间微重力实验领域。
无人机1可选用多旋翼型或直升机型,具有一定的载重能力,可进行垂直上下的飞行,且可以在空中悬停。
在系统开始工作前,控制中心4分别向无人机1、绳系可回收装置2、载荷舱3发送开机自检指令,此时状态如图2中①所示。在系统各部分均无故障时,无人机1可以根据控制指令起飞,将绳系可回收装置2和载荷舱3提升至预定高度,并实现稳定悬停,此时状态如图2中②所示。
优选地,绳系可回收装置2包括与无人机1连接的外框24、固定在外框24内的电机21、随电机21的转轴转动的卷盘22以及卷绕于卷盘22上的高强度绳索23,绳索23连接所述载荷舱3。
电机21固定于外框24内,外框24可经绳索连接于无人机1上,卷盘22固定于电机的转轴上,在外框24内随电机21转轴转动,外框24可为镂空结构,使卷绕于卷盘22上的绳索23可向下释放并回收。
电机21,用于根据所述控制指令以第一转速转动,释放卷盘22上的绳索23,以使载荷舱3处于自由落体运动状态。
无人机1依然保持悬停状态,电机21以第一转速转动,释放绳索23带动载荷舱3下降,并使载荷舱3处于自由落体运动状态,载荷舱3可在此状态下完成微重力实验数据测试。此时状态如图2中③所示。
需要注意的是,电机21可以正、反转,以实现对载荷舱3的释放与回收。
优选地,载荷舱3包括与绳索23连接的内部中空的舱体31、位于舱体31内部的载荷平台32以及设置于载荷平台32周围的加速度控制装置33。
加速度控制装置33,用于当舱体31随绳索23被释放时,根据所述控制指令启动,以使载荷平台32处于微重力状态。
载荷平台32,用于在处于微重力状态时,生成所述微重力实验数据。
舱体31可用于隔离外部空气扰动对内部设备的影响,载荷平台32可安装科学载荷,加速度控制装置33可隔离舱体31的振动,并为载荷提供高水平的微重力,实现载荷平台32的微重力状态,从而生成微重力实验数据。
需要注意的是,控制中心4分别与无人机1、绳系可回收装置2和载荷舱3进行无线通信连接,实现控制指令的发送和实验数据的记载处理等操作。相应地,无人机1、绳系可回收装置2和载荷舱3均包括必要的无线信号收发处理装置,用于和控制中心4实现通讯。
优选地,当绳索23的释放时间达到第一预定时间时,无人机1还用于根据所述控制指令以第一设定速度进行垂直向下运动,以使载荷平台32保持微重力状态。
由于无人机1所能携带的绳索23长度有限,当绳索23逐渐被释放完时,载荷舱3将无法保持于微重力状态。在释放时间达到第一预定时间时,无人机1可以第一设定速度垂直下降,以增加微重力的运行时间,使载荷舱3的微重力状态保持更久,或者相应改变微重力水平,获得更多有效的微重力实验数据。此时状态如图2中④所示。
优选地,当无人机1以所述第一设定速度垂直向下运动时间达到第二预定时间时,无人机1还用于根据所述控制指令逐渐降低所述第一设定速度,直至无人机1处于悬停状态,电机21还用于根据所述控制指令逐渐降低所述第一转速,直至载荷舱3处于悬浮状态。
在无人机1以第一设定速度下降第二预定时间后,也就是载荷舱3达到预定微重力时间后,无人机1逐渐减速至处于悬停状态,电机21也逐渐减速,降低绳系可回收装置2的释放速度,拉动载荷舱3减速至悬浮状态,也就是不再继续下降。无人机1、绳系可回收装置2和载荷舱3保持相对静止的状态,无人机1可直接携带绳系可回收装置2和载荷舱3返回地面,或者首先通过绳系可回收装置2将载荷舱3回收后,再返回地面。此时状态如图2中⑤所示。
需要注意的是,在处于微重力状态时,也就是载荷舱3在相对无人机1进行垂直向下运动时,载荷平台32可以始终生成所述微重力实验数据。
载荷舱3的微重力状态主要是通过其相对于无人机1进行垂直向下运动产生的,无人机1的飞行高度和绳系可回收装置2的释放速度将直接影响载荷舱3的微重力状态,无人机1的飞行高度控制和绳系可回收装置2的释放速度控制可采用PID控制方法、鲁棒控制方法、最优控制方法、自适应控制方法、自抗扰控制方法、无源控制方法和神经网络控制方法中的至少一者实现。
如图3所示,本发明实施例提供的一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法包括:
步骤1,无人机将绳系可回收装置和载荷舱提升至预定高度。
步骤2,绳系可回收装置向下释放载荷舱。
步骤3,载荷舱在下降过程中产生微重力环境,得到微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至控制中心。
优选地,所述绳系可回收装置包括经外框与所述无人机连接的电机、随所述电机的转轴转动的卷盘以及卷绕于所述卷盘上的绳索,所述绳索连接所述载荷舱。
所述步骤2的具体实现包括:所述电机以第一转速转动,释放所述卷盘上的所述绳索,以使所述载荷舱处于自由落体运动状态。
优选地,所述载荷舱包括与所述绳索连接的内部中空的舱体、位于所述舱体内部的载荷平台以及设置于所述载荷平台周围的加速度控制装置。
所述步骤3的具体实现包括:
当所述舱体随所述绳索被释放时,所述加速度控制装置启动,以使所述载荷平台处于微重力状态。
在处于微重力状态时,所述载荷平台生成所述微重力实验数据。
优选地,所述方法还包括:
步骤4,当所述绳索的释放时间达到第一预定时间时,所述无人机以第一设定速度进行垂直向下运动,以使所述载荷平台保持微重力状态。
优选地,所述方法还包括:
步骤5,当所述无人机以所述第一设定速度垂直向下运动时间达到第二预定时间时,所述无人机逐渐降低所述第一设定速度,直至所述无人机处于悬停状态,所述电机逐渐降低所述第一转速,直至所述载荷舱处于悬浮状态。
读者应理解,在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,所述系统包括无人机(1)、绳系可回收装置(2)、载荷舱(3)和控制中心(4),所述载荷舱(3),用于根据控制指令在下降过程中生成微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至所述控制中心(4),其特征在于:
所述无人机(1)下方连接所述绳系可回收装置(2),所述绳系可回收装置(2)下方连接所述载荷舱(3);
所述控制中心(4),用于分别向所述无人机(1)、所述绳系可回收装置(2)和所述载荷舱(3)发送控制指令;
所述无人机(1),用于根据所述控制指令将所述绳系可回收装置(2)和所述载荷舱(3)提升至预定高度;
所述绳系可回收装置(2),用于根据所述控制指令向下释放所述载荷舱(3)。
2.根据权利要求1所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,其特征在于,所述绳系可回收装置(2)包括与所述无人机(1)连接的外框(24)、固定在所述外框(24)内的电机(21)、随所述电机(21)的转轴转动的卷盘(22)以及卷绕于所述卷盘(22)上的绳索(23),所述绳索(23)连接所述载荷舱(3);
所述电机(21),用于根据所述控制指令以第一转速转动,释放所述卷盘(22)上的所述绳索(23),以使所述载荷舱(3)处于自由落体运动状态。
3.根据权利要求2所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,其特征在于,所述载荷舱(3)包括与所述绳索(23)连接的内部中空的舱体(31)、位于所述舱体(31)内部的载荷平台(32)以及设置于所述载荷平台(32)周围的加速度控制装置(33);
所述加速度控制装置(33),用于当所述舱体(31)随所述绳索(23)被释放时,根据所述控制指令启动,以使所述载荷平台(32)处于微重力状态;
所述载荷平台(32),用于在处于微重力状态时,生成所述微重力实验数据。
4.根据权利要求3所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,其特征在于,
当所述绳索(23)的释放时间达到第一预定时间时,所述无人机(1)还用于根据所述控制指令以第一设定速度进行垂直向下运动,以使所述载荷平台(32)保持微重力状态。
5.根据权利要求4所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,其特征在于,
当所述无人机(1)以所述第一设定速度垂直向下运动时间达到第二预定时间时,所述无人机(1)还用于根据所述控制指令逐渐降低所述第一设定速度,直至所述无人机(1)处于悬停状态,所述电机(21)还用于根据所述控制指令逐渐降低所述第一转速,直至所述载荷舱(3)处于悬浮状态。
6.一种基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,其特征在于,应用如权利要求1至5任一项所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制系统,所述方法包括:
步骤1,无人机将绳系可回收装置和载荷舱提升至预定高度;
步骤2,绳系可回收装置向下释放载荷舱;
步骤3,载荷舱在下降过程中产生微重力环境,得到微重力实验数据,并将所述微重力实验数据传输至控制中心。
7.根据权利要求6所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,其特征在于,所述绳系可回收装置包括与所述无人机连接的外框、固定在所述外框内的电机、随所述电机的转轴转动的卷盘以及卷绕于所述卷盘上的绳索,所述绳索连接所述载荷舱;所述步骤2的具体实现包括:
所述电机以第一转速转动,释放所述卷盘上的所述绳索,以使所述载荷舱处于自由落体运动状态。
8.根据权利要求7所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,其特征在于,所述载荷舱包括与所述绳索连接的内部中空的舱体、位于所述舱体内部的载荷平台以及设置于所述载荷平台周围的加速度控制装置;所述步骤3的具体实现包括:
当所述舱体随所述绳索被释放时,所述加速度控制装置启动,以使所述载荷平台处于微重力状态;
在处于微重力状态时,所述载荷平台生成所述微重力实验数据。
9.根据权利要求8所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
步骤4,当所述绳索的释放时间达到第一预定时间时,所述无人机以第一设定速度进行垂直向下运动,以使所述载荷平台保持微重力状态。
10.根据权利要求9所述的基于绳系可回收的无人机空间微重力控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
步骤5,当所述无人机以所述第一设定速度垂直向下运动时间达到第二预定时间时,所述无人机逐渐降低所述第一设定速度,直至所述无人机处于悬停状态,所述电机逐渐降低所述第一转速,直至所述载荷舱处于悬浮状态。
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Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110304285B (zh) * | 2019-07-09 | 2024-02-13 | 北京强度环境研究所 | 单端承载旋转释放装置 |
CN113406714B (zh) * | 2021-06-17 | 2022-06-14 | 上海织女星科技发展有限公司 | 一种微重力落塔实验的提升、对准及释放系统 |
CN114633905B (zh) * | 2022-03-29 | 2022-10-04 | 中国科学院国家空间科学中心 | 利用有高度落差的设施进行微重力实验的装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8802418U1 (zh) * | 1988-02-25 | 1988-04-07 | Plaas-Link, Andreas, Dr., 3000 Hannover, De | |
DE3803712C2 (zh) * | 1988-02-08 | 1990-01-25 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen, De | |
CN103630921A (zh) * | 2013-06-07 | 2014-03-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种用于高空气球载荷回收定位的装置 |
WO2017055653A1 (es) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | High Endurance Multipurpose Aerial Vehicles Sl | Procedimiento de obtencion de un estado de microgravedad en un espacio controlado |
CN106960617A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-07-18 | 廖允泰 | 一种重力加速度实验装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103778823B (zh) * | 2014-01-24 | 2016-06-29 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | 一种应用于太空舱内的悬浮装置及微重力实验方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3803712C2 (zh) * | 1988-02-08 | 1990-01-25 | Erno Raumfahrttechnik Gmbh, 2800 Bremen, De | |
DE8802418U1 (zh) * | 1988-02-25 | 1988-04-07 | Plaas-Link, Andreas, Dr., 3000 Hannover, De | |
CN103630921A (zh) * | 2013-06-07 | 2014-03-12 | 中国科学院光电研究院 | 一种用于高空气球载荷回收定位的装置 |
WO2017055653A1 (es) * | 2015-09-29 | 2017-04-06 | High Endurance Multipurpose Aerial Vehicles Sl | Procedimiento de obtencion de un estado de microgravedad en un espacio controlado |
CN106960617A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-07-18 | 廖允泰 | 一种重力加速度实验装置 |
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