CN113548199A - 一种柔性太空舱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性太空舱，包括气动装置、太阳能发电装置和旋转装置，舱体包括第一舱体、第二舱体和第三舱体，第一舱体和第二舱体、第二舱体和第三舱体之间设有舱段连接处；第二舱体、第三舱体和舱段连接处均包括太空舱防护层；舱体内设有液压折叠件，用于辅助舱体折叠和展开；气动装置设置在舱体内部，用于对舱体进行充气和补气；本发明根据现有需求进行设计，以柔性材料为主，少了刚性材料的使用，使太空舱的重量得到了较大减轻，减少了燃料消耗，提高了飞船货舱利用率，采用高强度大分子材料复合其他材料，实现强度、密闭、保温、耐(阻)辐射等目标的同时，做到轻便、空间利用率高、可折叠等。
Description
技术领域
本发明涉及太空舱技术领域，具体是一种柔性太空舱。
背景技术
载人航天器太空舱是飞船进入轨道后航天员工作、生活的场所。载人航天器太空舱设计，通常需要考虑加工工艺、构型布局、密封效果以及技术成熟度等因素，大多数载人天地往返系统、轨道空间站、载人探测器采用刚性金属舱。
大型刚性金属太空舱结构质量和体积大，发射成本高，在轨组装困难，且受火箭发射载荷和整流罩限制、有效空间狭窄等，导致众多大型航天探索任务无法开展，特别是载人航天器留给航天员活动空间非常有限，因此刚性金属太空舱无法满足未来载人航天和深空探测任务需要。那么结构稳定、性能良好、可靠性高、内部作业空间大等特点方可满足需求。因此对太空舱的制造提出了较为苛刻的要求。
针对以上问题，现在提出一种柔性太空舱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性太空舱，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种柔性太空舱，包括舱体、气动装置、太阳能发电装置和旋转装置，所述舱体包括第一舱体、第二舱体和第三舱体，所述第一舱体和第二舱体、第二舱体和第三舱体之间设有舱段连接处；
所述第二舱体、第三舱体和舱段连接处均包括太空舱防护层；
所述舱体内设有液压折叠件，用于辅助舱体折叠和展开；
所述气动装置设置在舱体内部，用于对舱体进行充气和补气；
所述太阳能发电装置设置在第三舱体远离第二舱体的一端；
所述旋转装置设置在第一舱体远离第二舱体的一端，用于提高太空舱稳定性。
优选的，所述太空舱防护层包括设置在最外层的外部保温层，所述外部保温层内部依次设置有空间碎片防护层、凯夫拉约束层、密封气囊和内部防护层。
优选的，所述舱体内设有固定部和折叠部。
优选的，所述液压折叠件包括吊耳和液压伸缩杆，所述舱体内且位于固定部和折叠部的内壁均设有吊耳，所述吊耳一端连接舱体连接端板，所述舱体连接端板连接舱体内壁，所述吊耳另一端连接连接环，所述液压伸缩杆伸缩端和固定端均连接有安装挂扣，所述液压伸缩杆伸缩端的安装挂扣连接位于折叠部处的连接环，所述液压伸缩杆固定端的安装挂扣连接位于固定部处的连接环。
优选的，所述液压伸缩杆布置方向与舱体轴向平行。
优选的，所述气动装置包括储气室、气泵、管路、气闸和泄气孔，所述储气室安装在舱体内，所述储气室出气端通过管路连接气泵，所述气泵通过管路连接舱体充气处，所述管路上均设有气闸，所述舱体上设有泄气孔。
优选的，所述舱体上同一圆周的泄气孔的出气方向相反。
优选的，所述太阳能发电装置包括安装架和太阳能电池帆板，所述第三舱体远离第二舱体的一端连接第二连接处，所述第二连接处远离第三舱体一端连接安装架，所述太阳能电池帆板安装在安装架上。
优选的，所述外部保温层外侧设有柔性太阳能膜。
优选的，所述旋转装置包括第二连接处和陀轮，所述第一舱体远离第二舱体一端连接第一连接处，所述第一连接处远离第一舱体一端连接第二连接处，所述第二连接处上连接有可自旋的陀轮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明以柔性材料为主，采用高强度大分子材料(凯夫拉等)复合其他材料，实现强度、密闭、保温、耐(阻)辐射等目标的同时，做到轻便、空间利用率高、可折叠等；
本发明减少了刚性材料的使用，使太空舱的重量得到了较大减轻，减少了燃料消耗，提高了飞船货舱利用率；
本发明的气动装置，能对舱体进行充气，同时在应急时可对太空舱进行补气操作，保证其连续性。
附图说明
图1为一种柔性太空舱的结构示意图。
图2为一种柔性太空舱的局部结构示意图。
图3为一种柔性太空舱中太阳能发电装置的结构示意图。
图4为一种柔性太空舱中舱体的结构示意图。
图5为一种柔性太空舱中舱体折叠的结构示意图。
图6为一种柔性太空舱中吊耳的结构示意图。
图7为一种柔性太空舱中太空舱防护层的结构示意图。
图8为一种柔性太空舱中同一圆周的泄气孔的出气方向的结构示意图。
图中：11--第一舱体、12--第二舱体、13--第三舱体、14--舱段连接处、15--第一连接处、16--第二连接处、17--陀轮、18--安装架、19--太阳能电池帆板、20--吊耳、21--连接环、22--舱体连接端板、23--液压伸缩杆、24--外部保温层、25--空间碎片防护层、26--凯夫拉约束层、27--密封气囊、28--内部防护层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明实施例中，一种柔性太空舱，包括舱体、气动装置、太阳能发电装置和旋转装置，所述舱体包括第一舱体11、第二舱体12和第三舱体13，所述第一舱体11和第二舱体12、第二舱体12和第三舱体13之间设有舱段连接处14；
所述第二舱体12、第三舱体13和舱段连接处14均包括太空舱防护层；
所述舱体内设有液压折叠件，用于辅助舱体折叠和展开；
所述气动装置设置在舱体内部，用于对舱体进行充气和补气；
所述太阳能发电装置设置在第三舱体13远离第二舱体12的一端；
所述旋转装置设置在第一舱体11远离第二舱体12的一端，用于提高太空舱稳定性。
所述太空舱防护层包括设置在最外层的外部保温层24，所述外部保温层24内部依次设置有空间碎片防护层25、凯夫拉约束层26、密封气囊27和内部防护层28；太空舱防护层不仅能够进行热防护，还能防太阳辐射、宇宙射线、空间碎片、原子氧、紫外辐射以及其他空间环境物质等。
所述舱体内设有固定部和折叠部。
所述液压折叠件包括吊耳20和液压伸缩杆23，所述舱体内且位于固定部和折叠部的内壁均设有吊耳20，所述吊耳20一端连接舱体连接端板22，所述舱体连接端板22连接舱体内壁，所述吊耳20另一端连接连接环21，所述液压伸缩杆23伸缩端和固定端均连接有安装挂扣，所述液压伸缩杆23伸缩端的安装挂扣连接位于折叠部处的连接环21，所述液压伸缩杆23固定端的安装挂扣连接位于固定部处的连接环21。
所述液压伸缩杆23布置方向与舱体轴向平行。
所述气动装置包括储气室、气泵、管路、气闸和泄气孔，所述储气室安装在舱体内，所述储气室出气端通过管路连接气泵，所述气泵通过管路连接舱体充气处，所述管路上均设有气闸，所述舱体上设有泄气孔；储气室内的气体要从地球携带到太空中，考虑到气体的活泼性和相对分子质量，优先选择氮气；所述舱体上同一圆周的泄气孔的出气方向相反；舱体两侧的泄气孔相互平行，且出口相反，一来方便排气，二来可以给舱内加压，使气体喷射出来，制造向心力带动结构旋转，施加初始旋转力；
在到达预定轨道之前太空舱的舱体是处于折叠状态的，后期伴随着太空舱就位，太空舱内部的气动装置会根据其在轨情况对舱体进行充气、补气操作，储气室和气泵以及泄气孔在充气时配合舱内压力表进行操作，展开时如图1和图4所示，充气完成后的太空舱近似为椭圆体，其内部对于柔性可展开太空舱，气体内压作用下在舱体表面产生的面内应力足以使舱体抵抗外力变形的能力；
为了缓冲冲击，减少应力集中，再辅以舱体内液压伸缩杆23支撑的方式进行固定，不需要额外手段实现就可以刚化，赋予柔性舱体一定的刚度，液压伸缩杆23根据舱室大小，可沿舱体轴向布置在舱体两端或中段处使其能够承受自身及其他其他冲击；
舱体在折叠时，根据液压杆的伸缩，舱体内直径不变，沿舱体轴向折叠，折叠后舱体如图5所示，类比于活塞往复运动。舱体充气阶段时，要断断续续的进行此过程，中途还会伴随充放气等操作，留有足够的时间让太空舱正常展开。
所述太阳能发电装置包括安装架18和太阳能电池帆板19，所述第三舱体13远离第二舱体12的一端连接第二连接处16，所述第二连接处16远离第三舱体13一端连接安装架18，所述太阳能电池帆板19安装在安装架18上。
所述外部保温层24外侧设有柔性太阳能膜，太空中有丰富的太阳能资源，以往的太空舱主要借助太阳能电池板来给设备供电，工作时为了最大化受光面积，电池板要不间断的进行角度调节，无疑增加了太空舱的机械复杂度，在该太空舱设计构造中，由于太空舱一般为近圆形外表，直接在太空舱表面粘贴柔性膜发电，可实现全向太阳能发电，既可以提高发电效率，可以降低机械复杂度及操作难度，降低太阳能发电装置机械结构的复杂度。同时柔性太阳能膜是设置在舱体的最外侧，也就是保温层的外表面，既可以得到充足光照，也在一定程度上降低光照辐射到保温层的温度。
所述旋转装置包括第二连接处16和陀轮17，所述第一舱体11远离第二舱体12一端连接第一连接处15，所述第一连接处15远离第一舱体11一端连接第二连接处16，所述第二连接处16上连接有可自旋的陀轮17，陀轮17设计为大型环状结构，通过自旋产生离心力模仿地球重力。
本发明的工作原理是：在使用该一种柔性太空舱时，在到达预定轨道之前太空舱的舱体是处于折叠状态的，后期伴随着太空舱就位，太空舱内部的气动装置会根据其在轨情况对舱体进行充气、补气操作，舱体充气阶段时，要断断续续的进行此过程，中途还会伴随充放气等操作，留有足够的时间让太空舱正常展开，展开后可正常使用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
Claims (10)
1.一种柔性太空舱，包括舱体、气动装置、太阳能发电装置和旋转装置，其特征在于：所述舱体包括第一舱体(11)、第二舱体(12)和第三舱体(13)，所述第一舱体(11)和第二舱体(12)、第二舱体(12)和第三舱体(13)之间设有舱段连接处(14)；
所述第二舱体(12)、第三舱体(13)和舱段连接处(14)均包括太空舱防护层；
所述舱体内设有液压折叠件，用于辅助舱体折叠和展开；
所述气动装置设置在舱体内部，用于对舱体进行充气和补气；
所述太阳能发电装置设置在第三舱体(13)远离第二舱体(12)的一端；
所述旋转装置设置在第一舱体(11)远离第二舱体(12)的一端，用于提高太空舱稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述太空舱防护层包括设置在最外层的外部保温层(24)，所述外部保温层(24)内部依次设置有空间碎片防护层(25)、凯夫拉约束层(26)、密封气囊(27)和内部防护层(28)。
3.根据权利要求1所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述舱体内设有固定部和折叠部。
4.根据权利要求3所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述液压折叠件包括吊耳(20)和液压伸缩杆(23)，所述舱体内且位于固定部和折叠部的内壁均设有吊耳(20)，所述吊耳(20)一端连接舱体连接端板(22)，所述舱体连接端板(22)连接舱体内壁，所述吊耳(20)另一端连接连接环(21)，所述液压伸缩杆(23)伸缩端和固定端均连接有安装挂扣，所述液压伸缩杆(23)伸缩端的安装挂扣连接位于折叠部处的连接环(21)，所述液压伸缩杆(23)固定端的安装挂扣连接位于固定部处的连接环(21)。
5.根据权利要求4所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述液压伸缩杆(23)布置方向与舱体轴向平行。
6.根据权利要求1所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述气动装置包括储气室、气泵、管路、气闸和泄气孔，所述储气室安装在舱体内，所述储气室出气端通过管路连接气泵，所述气泵通过管路连接舱体充气处，所述管路上均设有气闸，所述舱体上设有泄气孔。
7.根据权利要求6所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述舱体上同一圆周的泄气孔的出气方向相反。
8.根据权利要求1所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述太阳能发电装置包括安装架(18)和太阳能电池帆板(19)，所述第三舱体(13)远离第二舱体(12)的一端连接第二连接处(16)，所述第二连接处(16)远离第三舱体(13)一端连接安装架(18)，所述太阳能电池帆板(19)安装在安装架(18)上。
9.根据权利要求2所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述外部保温层(24)外侧设有柔性太阳能膜。
10.根据权利要求1所述的一种柔性太空舱，其特征在于：所述旋转装置包括第二连接处(16)和陀轮(17)，所述第一舱体(11)远离第二舱体(12)一端连接第一连接处(15)，所述第一连接处(15)远离第一舱体(11)一端连接第二连接处(16)，所述第二连接处(16)上连接有可自旋的陀轮(17)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211026 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |