[發(fā)明專利]適用于高軌衛(wèi)星通用錐桿捕獲機構的滾珠式導向阻尼機構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811528447.0
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109466807B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 黃龍飛;李志;黃劍斌;蒙波;韓旭;張志民;龐羽佳;王尹
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64;B64G4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

適用于高軌衛(wèi)星通用錐桿捕獲機構的滾珠式導向阻尼機構，包括：搖臂安裝座(2)、滾子搖臂結構等；導向筒(9)一端安裝搖臂安裝座(2)，滑動座(4)安裝在導向筒(9)上，沿導向筒(9)外壁滑動；環(huán)形的阻尼桿支撐座(8)安裝在導向筒(9)另一端的法蘭盤上；各滾子搖臂結構繞導向筒(9)的中心軸均勻分布，一端與搖臂安裝座(2)轉動連接，另一端與阻尼桿(6)端部轉動連接；阻尼桿(6)與滾子搖臂結構連接的一端固定在滑動座(4)端部的法蘭盤上，阻尼桿(6)另一端伸入阻尼桿支撐座(8)中，沿阻尼桿支撐座(8)內(nèi)壁滑動。本發(fā)明可適應弱撞擊條件下的翻滾目標捕獲，能夠為錐桿捕獲機構提供較大的相對速度與角速度容差。

技術領域

本發(fā)明屬于航天器在軌服務與維護技術領域，涉及一種滾珠式導向阻尼機構。

背景技術

地球靜止軌道(GEO)是人類重要的地球軌道資源，在軌資源受軌位限制，極為緊缺。然而隨著航天任務的飛速發(fā)展，GEO帶(GEO±200km)的衛(wèi)星總數(shù)中包含40％以上不可控的或廢棄的衛(wèi)星及其殘骸，這些空間物體自然隕落周期長，對正常運行的GEO衛(wèi)星的安全構成了威脅，也導致GEO軌位資源嚴重浪費。另統(tǒng)計表明在在軌發(fā)生故障的GEO衛(wèi)星中，50％以上的故障來源于服務系統(tǒng)某一功能喪失，而占據(jù)衛(wèi)星成本70％以上的有效載荷和平臺主體功能完好。因此，亟需發(fā)展一種攜帶通用捕獲機構的服務飛行器，輔助仍然滯留在GEO帶內(nèi)的廢棄衛(wèi)星完成離軌操作，將其推至GEO垃圾軌道；或?qū)收闲l(wèi)星實施救援，快速使故障衛(wèi)星載荷任務能力得以延續(xù)。

針對在軌失效衛(wèi)星，在姿態(tài)特性方面，由于星體太陽翼和推進劑晃動等能量耗散作用，在角動量一定的情況下，根據(jù)能匯概念，衛(wèi)星最終將繞最大慣量主軸旋轉(通常為東西向和對地向)，并在太陽光壓等外力矩作用下，存在較小幅的章動；在接口特性方面，目前在軌和在研的GEO衛(wèi)星并未針對接受在軌服務與維護設計，不具備合作的對接接口。因此，結合對該類衛(wèi)星的救援服務與離軌操作需求，需要設計適用于高軌衛(wèi)星的大容差輕小型剛性抓捕機構，增大對在軌衛(wèi)星的抓捕的通用性、可靠性和安全性。通過對高軌衛(wèi)星的通用設備分析，衛(wèi)星南北面方向安裝展開式的太陽電池陣，在星箭對接面安裝有星間接口對接環(huán)與遠地點發(fā)動機，在衛(wèi)星對地面安裝天線。其中，遠地點發(fā)動機在衛(wèi)星入軌工作后不再使用，適宜選擇作為衛(wèi)星的抓捕對接對象。

基于錐桿式機構抓捕遠地點發(fā)動機，尤其適用于繞對地向軸線旋轉的高軌廢棄衛(wèi)星，可充分利用兩飛行器間的弱撞擊速度，通過發(fā)動機內(nèi)錐面進行各向同性的導向與抓捕，降低兩飛行器的相對位姿控制精度。

目前，國外典型的研究方案包括美國鳳凰計劃中機械臂+可更換末端執(zhí)行器方案、德國DEOS和歐洲SMART-OLEV錐桿式抓捕機構方案。其中的錐桿式抓捕機構主要針對GEO衛(wèi)星通用的遠地點發(fā)動機進行抓捕，該機構由伸縮機構和錐桿機構串聯(lián)組成，伸縮機構實現(xiàn)錐桿機構的軸向伸縮運動，錐桿機構由冠狀擴展鎖緊機構、末梢到位傳感器和組合式激光傳感器組成，其中的冠狀擴展鎖緊機構也是針對發(fā)動機喉管進行捕獲。遺憾的是，該機構處于抓捕機構的外部，不具有伸縮功能，在對衛(wèi)星捕獲過程中，有可能先撞擊該部分機構而不是錐桿機構的外部導向結構，容易造成抓捕失敗甚至引起冠狀擴展鎖緊機構的損壞。

針對衛(wèi)星的抓捕對接，國內(nèi)中國空間技術研究院和上海航天局等多集中在用于合作衛(wèi)星或載人航天的空間對接機構研究。對在軌在研衛(wèi)星的抓捕對接機構前期課題組設計的一種適用于高軌衛(wèi)星的弱撞擊通用抓捕機構及其導向阻尼裝置(ZL 201410783968.6和ZL 201410784431.1)，該導向阻尼裝置僅考慮在服務飛行器與目標衛(wèi)星相對靜止狀態(tài)下的抓捕過程的導向阻尼，未考慮目標衛(wèi)星翻滾狀態(tài)下抓捕，存在導向過程摩擦阻力大、導向不順暢等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于高軌衛(wèi)星通用錐桿捕獲機構的滾珠式導向阻尼機構；可適應弱撞擊條件下的翻滾目標捕獲，能夠為錐桿捕獲機構提供較大的相對速度與角速度容差，且滾子搖臂結構使得錐桿機構在碰撞翻滾目標時實現(xiàn)更加順暢的導向。