[發明專利]一種適用于質心動態變化的航天器姿態隨動系統

有效

• 申請號: 201610410963.8
• 申請日: 2016-06-13
• 公開（公告）號: CN105947237B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 賈英民;賈嬌;孫施浩
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明屬于航天器空間任務地面驗證技術領域，具體涉及一種適用于質心動態變化的航天器姿態隨動系統。

背景技術

太空環境與地面實驗室環境存在重大的區別，為了保證航天器空間任務的順利完成，在地面對航天器的各種性能進行驗證時，必須部分或者全部模擬出太空環境。

航天器在太空運動時處于從自由到自由的無約束微重力運動環境中，地面實驗室為有重力環境，為了在地面驗證航天器空間任務完成情況需保證驗證時航天器的重力對其運動基本沒有影響且航天器處于浮動狀態或者懸掛支撐方式對其運動影響可忽略。現有的實現這個目標的手段有液浮法，失重法、氣浮法、磁懸浮法與懸掛法。失重法常見的為拋物飛行和自由落體，此方法的缺點是時間短、占用的空間大、能夠提供的空間有限并且成本高；液浮法阻尼大、維護成本高且只適合低速運動的情況；磁懸浮的方法懸浮距離受限即其航天器部分運動受限，且會產生電磁干擾；而氣浮法與懸掛法系統結構相對簡單，易于建立實驗室中的無約束微重力環境，但氣浮法一般只能提供五自由度的運動環境。此外考慮到諸如空間交會對接等空間任務，需要航天器伸出對接機構，其結構發生變化，使得航天器整體質心發生偏移的情況，現有的技術基本通過多點懸掛來實現，但系統結構復雜，增加了控制難度。

為了克服現有航天器地面試驗方法不適用于航天器質心變化的情況，本發明提出一種適用于航天器結構質心變化的、結構緊湊的姿態隨動系統，提高了地面驗證導航、制導與控制系統的可靠性。

發明內容

本發明一種適用于質心動態變化的航天器姿態隨動系統，實現了懸掛方式基本不影響航天器的姿態調整且懸掛裝置提供的力延長線始終與航天器質心重合，在航天器姿態調整時不引人附加偏心轉矩，確保航天器姿態調整時不受重力的影響，當航天器質心變化時對質心進行跟蹤，保證懸掛力延長線始終與航天器質心重合，完成對的航天器姿態隨動與質心跟蹤。

本發明的技術方案：

一種適用于質心動態變化的航天器姿態隨動系統包括航天器、隨動支撐架、航天器質心跟隨裝夾模塊與控制模塊。

所述隨動支撐架可保證航天器在低摩擦力不受重力影響的環境下調整其俯仰與偏航角；所述航天器質心跟隨裝夾模塊可跟隨航天器的滾轉運動，且在航天器質心變化時，在保持航天器現有姿態不變的情況下跟隨其質心，保證懸掛力與航天器的質心始終在同一直線上；所述控制模塊負責系統信號傳遞與協調控制，使系統各模塊按系統設計工作，完成對航天器質心變化的跟隨與近似無約束懸掛。

進一步，所述隨動支撐架包括俯仰軸承、整體支撐框、推力軸承、推力軸承固定板與外部連接件，俯仰軸承安裝在整體支撐框內，整體支撐框為一體結構，減少組裝結構裝配引入的安裝誤差，推力軸承通過推力軸承固定板固定其座圈連接到整體支撐框上，推力軸承的軸圈與外部連接件配合，推力軸承的安裝方式為座圈在上，軸圈在下，外部連接件和整體支撐框留有一定的間隙。

進一步航天器質心跟隨裝夾模塊包括滾動軸承、軸承縱向連接板、軸承連接板、橫向連接板、摩擦輪、凸輪電機、凸輪、軸承連接板、摩擦輪電機連接板、摩擦輪電機、拉簧、豎向連接板、壓簧、主固定板、轉軸與制動器，其中滾動軸承、軸承連接板、軸承縱向連接板與拉簧組成滾轉隨動單元；摩擦輪、摩擦輪電機、摩擦輪電機連接板與壓簧組成質心跟隨單元；凸輪與凸輪電機組成切換單元；橫向連接板、豎向連接板、主固定板、轉軸與制動器組成連接單元。滾動軸承安裝在軸承連接板上，兩組軸承連接板由軸承縱向連接板連接成為一個整體，可跟隨航天器的滾轉運動，兩個對稱分布的縱向連接板上連接有拉簧，拉簧另一端固定在豎向連接板上；摩擦輪與摩擦輪電機電機軸連接，在摩擦輪電機的驅動下可繞自身軸線轉動，摩擦輪電機安裝在摩擦輪電機安裝板上，摩擦輪電機安裝板上端連接有壓簧，壓簧另一端連接在主固定板上；凸輪與凸輪電機相連，在凸輪電機的帶動下可以轉動，其與軸承連接板與摩擦輪電機連接板相切，通過其轉動可控制滾轉隨動單元與質心跟隨單元與航天器的接觸情況，從而控制本模塊跟隨航天器的滾轉運動或進行質心跟隨，凸輪電機安裝在橫向連接板上；橫向連接板的兩端與豎向連接板相連，豎向連接板固定在主固定板上，主固定板中間固定有轉軸，轉軸與隨動支撐架的俯仰軸承連接，航天器質心跟隨裝夾模塊可在俯仰軸承的支撐下跟隨航天器的俯仰調姿運動，轉軸另一端的最外端固定有制動器，用于在保持航天器當前姿態上進行質心跟隨。