[發(fā)明專利]一種星星在軌對接及鎖定裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410484605.2
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104477417A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡凌云;張立華;王建岡;黎明
• 申請（專利權(quán)）人: 航天東方紅衛(wèi)星有限公司
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航天器軌道設(shè)備，特別是一種星星在軌對接及鎖定裝置。

背景技術(shù)

通常來說，衛(wèi)星在發(fā)射上天以后，其硬件是不可維修的，所以以往的衛(wèi)星設(shè)計都要求高可靠性，盡量一次成功。隨著航天員上天與空間機器人技術(shù)的發(fā)展，在軌維修與燃料補給等服務(wù)成為可能，衛(wèi)星可以在軌維護(hù)。但衛(wèi)星本身的可維護(hù)性仍較大程度取決于其機械接口的設(shè)計，如是否具有抓捕或?qū)咏涌冢Y(jié)構(gòu)開口是否具有高開敞性，操作是否可達(dá)，ORU單元(Orbital?Replaceable?Units，在軌可更換單元)接口是否采用模塊化封裝，能否即插即用等等。其中，抓捕或?qū)咏涌谑切l(wèi)星在軌服務(wù)操作的首要前提。

目前已經(jīng)上天的絕大多數(shù)衛(wèi)星，在設(shè)計時并未考慮到在軌服務(wù)的操作需求，沒有預(yù)留相應(yīng)的操作接口，如安裝在衛(wèi)星表面的抓捕把手、與服務(wù)星的對接裝置等。這種沒有預(yù)留對接接口的衛(wèi)星被稱為“非合作目標(biāo)星”，以與專門為對接留有對接設(shè)備的合作目標(biāo)星加以區(qū)別。當(dāng)前，如何實現(xiàn)與這類非合作目標(biāo)星的對接與機械鎖定是一件非常關(guān)鍵也比較困難的事情。

目前國際上針對該類非合作目標(biāo)星的對接機構(gòu)，主要以衛(wèi)星的發(fā)動機噴嘴為對接接口，如“Space?Shuttle?With?a?Device?for?Docking?to?a?Satellite(US20100301169)”與“一種空間非合作目標(biāo)衛(wèi)星的對接捕獲機構(gòu)(CN103303499A)”等，這些技術(shù)通過電機驅(qū)動伸縮桿伸入到發(fā)動機噴嘴內(nèi)部，敏感器在探測到伸縮桿頭部越過噴嘴喉部最狹窄區(qū)域后，觸發(fā)伸縮桿頂端的卡爪膨脹或展開操作，使伸縮桿不能從噴嘴內(nèi)自由脫出。此時，電機再驅(qū)動伸縮桿帶動目標(biāo)星體一起往回拉，直到目標(biāo)星體上的對接環(huán)或星體表面與服務(wù)星的支撐托架相接觸并壓緊，從而實現(xiàn)兩顆衛(wèi)星的鎖定連接。

目前這類連接噴嘴的裝置存在的問題包括：1、受到體積限制，只能針對大衛(wèi)星上安裝的、體積較大的遠(yuǎn)地點發(fā)動機，不能應(yīng)用于小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星以及其他未安裝大發(fā)動機的目標(biāo)。2、只能實現(xiàn)單點的鎖緊，且要求其他結(jié)構(gòu)的輔助支撐。3、要求靈敏的傳感器與精確的噴管姿態(tài)識別，增加了成本和重量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決現(xiàn)有連接噴嘴的衛(wèi)星在軌對接裝置存在的不適用于小衛(wèi)星或微小衛(wèi)星，需要其他結(jié)構(gòu)與傳感器輔助支持等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種星星在軌對接及鎖定裝置，用于服務(wù)星與非合作目標(biāo)星的對接，包括引導(dǎo)結(jié)構(gòu)、鎖定裝置、定位銷三部分。

其中，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，安裝在服務(wù)星上。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)包括錐面，用于消除與非合作目標(biāo)星在對接姿態(tài)軸向擺角上的偏差，還包括，具有斜邊的分瓣豁口，設(shè)置在錐面上，用于糾正與非合作目標(biāo)星的對接環(huán)的周向轉(zhuǎn)角偏差。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)還可以包括對接面，對接面上設(shè)置通孔，用于配合定位銷伸出。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)還可以包括法蘭，法蘭上設(shè)置法蘭通孔，用于安裝螺釘連接服務(wù)星的結(jié)構(gòu)。

鎖定裝置，安裝在服務(wù)星上。鎖定裝置包括一個凸輪，凸輪的邊上伸出兩個卡爪，兩個卡爪之間形成一個卡口，卡口與非合作目標(biāo)星的對接環(huán)配合，用于約束非合作目標(biāo)星的對接環(huán)的內(nèi)翻邊。鎖定裝置凸輪的圓邊上設(shè)置凹口。鎖定裝置還包括與凹口配合的頂塊、驅(qū)動頂塊的彈簧以及回復(fù)繩。鎖定裝置還包括，偏置彈簧，一端連接凸輪，另一端連接鎖定裝置的安裝支架。引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的錐面及鎖定裝置的卡爪接觸非合作目標(biāo)星的對接環(huán)的內(nèi)翻邊。

定位銷，設(shè)置在服務(wù)星上，配合非合作目標(biāo)星上的定位銷孔，用于精確引導(dǎo)和約束服務(wù)星與非合作目標(biāo)星之間的相對位置。定位銷包括設(shè)置在定位銷頂端的尖端、尖端周圍的錐面、與錐面連接的圓柱段和與圓柱段連接的安裝螺紋。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的一種星星在軌對接與鎖定裝置，適用于所有具有對接環(huán)接口的衛(wèi)星，目標(biāo)星上不需要安裝專門的接口裝置，應(yīng)用面較廣，涵蓋大衛(wèi)星、小衛(wèi)星、微小衛(wèi)星等不同規(guī)格。

(2)本發(fā)明中的對接裝置通過逐步引導(dǎo)、精確定位的方式，有效地引導(dǎo)了對接過程中兩顆衛(wèi)星的相對姿態(tài)與位置，實現(xiàn)兩者的精確對接。

(3)本發(fā)明中的鎖定機構(gòu)隨著兩顆衛(wèi)星的接近逐漸進(jìn)入鎖定位置，頂塊在彈簧驅(qū)動下自動觸發(fā)鎖定操作，不需要傳感器輔助。

(4)本發(fā)明中雙星對接與分離狀態(tài)的檢測不需要再增設(shè)專門的傳感器，直接使用目標(biāo)星對接環(huán)上已有的壓點開關(guān)即可。

(5)本發(fā)明中的對接與鎖定裝置滿足多次重復(fù)使用的要求。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明的星星在軌對接及鎖定裝置與基于對接環(huán)接口的非合作目標(biāo)衛(wèi)星對接的示意圖；

圖2示出了本發(fā)明的星星在軌對接及鎖定裝置的示意圖；