CN111717424A - 一种在轨安装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在轨安装系统，可将无法单次发射上行的产品由飞船发射入轨，在轨由航天员或者机械臂操作安装，实现产品的在轨安装，完善航天器的功能性能或延长航天器寿命。本发明包括抓持部、待更换主体、连接主动端和连接被动端，其中连接被动端随航天器上行，挂在航天器舱内或舱外需要对接的地方，剩下的三部分随新的航天器上行，由航天员在舱内组装之后在轨由机械臂或航天员安装。本发明能够解决运载火箭运载能力有限的问题，将需要上行的产品分多次运送，通过普适性和通用性的接口设计，实现产品的在轨组装和使用，具有适用范围广、易操作性强的特点。

Description

一种在轨安装系统
技术领域
本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种在轨安装系统。
背景技术
受限于火箭运载能力以及若干消耗性产品的寿命限制，单次发射无法将所有产品运送入轨或者随着产品消耗寿命到期，需要提供一种安装方案将后续上行的产品或待更换产品与已在轨的航天器进行组装，以完善航天器的功能性能或者延长航天的寿命。
通常航天器在设计时即将全寿命周期需用的产品集成上去，但是随着航天器的大型化以及长寿命化，一次性将全寿命周期所有产品集成上去逐渐变的不可能，故需要提供一种可在轨更换及组装的方案，实现产品的在轨组装级完善。
本方案将航天器的需求化整为零，可缓解运载火箭运力的不足以及解决航天器大型化和长寿命化的需求。
现有文献为CN110844121A的发明专利公开了一种微小卫星协同运输在轨装配航天器的合作博弈控制方法。针对微小卫星协同控制在轨装配航天器姿轨运动的问题，建立了微小卫星-在轨装配航天器组合体的姿轨运动模型；构建了协同运输过程中的初始终端状态约束、动力学约束以及微小卫星控制约束；设计了微小卫星协同运输在轨装配航天器的合作博弈控制方法；最后以实例验证了本发明提出方法的有效性。但是上述方案无法实现人工在轨安装的能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在轨安装系统。
根据本发明提供的一种在轨安装系统，包括抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端，其中：
抓持部、待更换主体以及主动连接端跟随第一航天器上行，被动连接端跟随第二航天器上行；
连接主动端包括粗定位销柱、到位开关以及精定位销柱；
被动连接端包括导向杯、精定位孔以及限位器，分别与粗定位销柱、到位开关以及精定位销柱匹配。
优选地，抓持部、待更换主体以及主动连接端能够组合成整体上行，抓持部、待更换主体之间以及待更换主体、主动连接端之间通过螺纹连接。
优选地，所述抓持部包括机械臂靶标、手动抓持装置以及机械臂抓持装置，其中：
机械臂靶标用于给机械臂提供定位；
机械臂抓持装置能够匹配机械臂进行抓取；
手动抓持装置能够匹配操作者徒手抓取或者穿着航天服进行抓取。
优选地，所述抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端上均设置有机、电、热接口。
优选地，当连接主动端靠近连接被动端时，粗定位销柱先进入导向杯粗定位，再由精定位销柱导入精定位孔进行精定位。
优选地，精定位销柱通过电机驱动浮动装置进行带动。
优选地，主动连接端和被动连接端通过机、电、热接口连接和插合到位。
优选地，主动连接端和被动连接端插合到位后，到位开关和限位器导通，发送插合到位的信号。
优选地，所述信号包括光信号、声信号或者机械振动信号。
优选地，抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端之间通过机、电、热接口连接，被动连接端或者抓持部能够通过接入外部设备进行供电及发送指令。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明将需要上行的产品分为多次运送，降低单次发射重量的需求，极大缓解运载火箭运力不足和航天器大型化和长寿命化的现状；
2、本发明通过抓持部的设置，既能够实现人工在轨安装，还能够实现机械臂在轨安装；
3、本发明适用性广，涉及的产品可以是航天器实际需求的任何产品；
4、本发明能够将连接被动端进行适应性设计匹配不同航天器的不同位置，对航天器具有普适性。
5、本发明能够在轨完善航天器的功能性能或延长航天器的寿命。
6、本发明通过普适性和通用性的接口设计，实现产品的在轨组装和使用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为在轨安装系统的抓取部的主视图；
图2为在轨安装系统的抓取部的俯视图；
图3为在轨安装系统的待更换主体的主视图；
图4为在轨安装系统的主动连接端的主视图；
图5为在轨安装系统的主动连接端的立体图；
图6为在轨安装系统的被动连接端的主视图；
图7为在轨安装系统的被动连接端的俯视图。
图中示出：
抓持部1
待更换主体2
连接主动端3
连接被动端4
机械臂靶标5
手动抓持装置6
机械臂抓持装置7
含粗定位销柱8
到位开关9
精定位销柱10
机械臂靶标11
精定位孔12
限位器13
导向杯14
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图7所示，根据本发明提供的一种在轨安装系统，包括抓持部1、待更换主体2、连接主动端3以及连接被动端4，其中抓持部1内包含机械臂靶标5、手动抓持装置6以及机械臂抓持装置7，连接主动端3包括粗定位销柱8、到位开关9以及精定位销柱10，连接被动端4包括机械臂靶标11、精定位孔12、限位器13以及导向杯14。抓持部1可以根据机械臂技术要求和航天员工效学要求以及待上行产品接口进行设计。连接被动端4可以根据航天器实际需求适应性设计机、电、热接口，便于适应上行的各种需求，并缓解运载火箭的单次发射重量。主动端3和连接被动端4尺寸和大小可以根据上行产品尺寸、体积设计连接；连接主动端3和连接被动端4中粗定位和精定位部分可结合航天员和机械臂操作精度作适当收严和放宽。
本发明的连接被动端4随航天器上行，抓持部1、待更换主体2、连接主动端3则是随另外的航天器上行，且抓持部1、待更换主体2、连接主动端3可分开上行也可组合成一个整体上行，待更换主体2上设置有与抓持部1和连接主动端3匹配的螺钉孔，而抓持部1和连接主动端3上有对应的松不脱螺钉，若需组合成整体，则只需要将对应螺钉拧进到位即可。组合成整体时仅需将抓持部1、待更换主体2、连接主动端3的机、电、热对接到位即可。
抓持部1集成有匹配航天员徒手抓取或穿航天服抓取的手动抓持装置6和匹配机械臂抓取的机械臂抓持装置7，匹配航空服或者机械臂的结构符合技术要求和航天员工效学要求。当选择机械臂执行更换操作时，抓持部1上有供机械臂定位抓取的机械臂靶标5，连接被动端4上也设置有供机械臂定位的机械臂靶标11。
连接主动端3上有粗定位销柱8、精定位销柱10和到位开关9；连接被动端4上有与粗定位销柱8匹配的导向杯14、与精定位销柱10匹配的精定位孔12和与到位开关9匹配限位器13；当连接主动端3靠近连接被动端4时，粗定位销柱8先进入导向杯14粗定位，再由电机驱动浮动装置带动精定位销柱10导入精定位孔12，实现连接主动端3和连接被动端4之间的机、电、热连接和插合到位；连接主动端3和连接被动端4插合到位之后，到位开关9与限位器13导通，从而发送插合到位的信号，该信号可以是光信号、声信号、机械振动信号或者其他数据信号，供机械臂或者航天员判定连接到位。
抓持部1、待更换主体2、连接主动端3、连接被动端4中的任一个或者任多个可根据航天器需要适应性设计机、电、热接口。抓持部1、待更换主体2、连接主动端3、连接被动端4的电接口联通之后，既可由机械臂抓取时供电及发送指令，也可由安装在航天器上的电子单机通过连接被动端4供电及发送指令，实现供电及操作的双回路和双备份。
本发明将需要上行的产品分为多次运送，降低单次发射重量的需求，极大缓解运载火箭运力不足和航天器大型化和长寿命化的现状；能够在轨完善航天器的功能性能。通过普适性和通用性的接口设计，实现产品的在轨组装和使用。通过抓持部的设置，既能够实现人工在轨安装，还能够实现机械臂在轨安装；本发明适用性广，涉及的产品可以是航天器实际需求的任何产品；且本发明能够将连接被动端进行适应性设计匹配不同航天器的不同位置，对航天器具有普适性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种在轨安装系统，其特征在于，包括抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端，其中：
抓持部、待更换主体以及主动连接端跟随第一航天器上行，被动连接端跟随第二航天器上行；
连接主动端包括粗定位销柱、到位开关以及精定位销柱；
被动连接端包括导向杯、精定位孔以及限位器，分别与粗定位销柱、到位开关以及精定位销柱匹配。
2.根据权利要求1所述的在轨安装系统，其特征在于，抓持部、待更换主体以及主动连接端能够组合成整体上行，抓持部、待更换主体之间以及待更换主体、主动连接端之间通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的在轨安装系统，其特征在于，所述抓持部包括机械臂靶标、手动抓持装置以及机械臂抓持装置，其中：
机械臂靶标用于给机械臂提供定位；
机械臂抓持装置能够匹配机械臂进行抓取；
手动抓持装置能够匹配操作者徒手抓取或者穿着航天服进行抓取。
4.根据权利要求1所述的在轨安装系统，其特征在于，所述抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端上均设置有机、电、热接口。
5.根据权利要求1所述的在轨安装系统，其特征在于，当连接主动端靠近连接被动端时，粗定位销柱先进入导向杯粗定位，再由精定位销柱导入精定位孔进行精定位。
6.根据权利要求5所述的在轨安装系统，其特征在于，精定位销柱通过电机驱动浮动装置进行带动。
7.根据权利要求4所述的在轨安装系统，其特征在于，主动连接端和被动连接端通过机、电、热接口连接和插合到位。
8.根据权利要求7所述的在轨安装系统，其特征在于，主动连接端和被动连接端插合到位后，到位开关和限位器导通，发送插合到位的信号。
9.根据权利要求8所述的在轨安装系统，其特征在于，所述信号包括光信号、声信号或者机械振动信号。
10.根据权利要求4所述的在轨安装系统，其特征在于，抓持部、待更换主体、主动连接端以及被动连接端之间通过机、电、热接口连接，被动连接端或者抓持部能够通过接入外部设备进行供电及发送指令。
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