[發(fā)明專利]一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010187211.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN111439393A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王首喆;張慶展;靳永強(qiáng);楊明川;趙春慧;李仕海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): B64G1/00
• 分類號(hào): B64G1/00;B64G1/10;B64G1/40;B64G1/64;B64G4/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 施穎杰

本發(fā)明涉及一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用車貨分離的形式，由貨包、擺渡車、燃料包3部分組成，貨包負(fù)責(zé)物資的承載，擺渡車能夠長期留軌，具有較強(qiáng)的空間機(jī)動(dòng)能力，往返于貨包位置與需要物資的目標(biāo)位置之間，負(fù)責(zé)物資在空間段的轉(zhuǎn)移，燃料包負(fù)責(zé)推進(jìn)劑的承載，為擺渡車提供推進(jìn)劑。貨包和燃料包采用簡易配置，由火箭末子級(jí)維持入軌初期姿態(tài)穩(wěn)定。擺渡車通過6小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接，捕獲貨包和燃料包，并為其在軌提供電源。擺渡車通過燃料包實(shí)現(xiàn)在軌續(xù)航，留軌長期重復(fù)使用。空間物流系統(tǒng)可在LEO軌道范圍或GEO軌道范圍內(nèi)，為空間站貨物補(bǔ)給、大型空間設(shè)施在軌組裝等多種應(yīng)用場(chǎng)景提供低成本的物資運(yùn)輸服務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)，屬于航天技術(shù)領(lǐng)域，可用于空間站貨物補(bǔ)給、大型空間設(shè)備在軌組裝等多種應(yīng)用場(chǎng)景。

背景技術(shù)

載人空間站的運(yùn)營對(duì)物資補(bǔ)給提出需求。現(xiàn)有的太空物資運(yùn)輸工具有進(jìn)步號(hào)、龍飛船、天鵝座、自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器(Automated Transfer Vehicle，ATV)、H2轉(zhuǎn)移飛行器(H2Transfer Vehicle，HTV)和天舟等，此外，一些商業(yè)公司也提出了多種貨運(yùn)新方案，主要包括太空拖船、貨運(yùn)版CST-100、追夢(mèng)者、木星等。進(jìn)步號(hào)、天鵝座、ATV、HTV和天舟采用船貨一體、單次使用的方案，運(yùn)輸成本較高。龍飛船和追夢(mèng)者采用船貨一體、再入返回、重復(fù)使用的方案，可降低運(yùn)輸成本，但復(fù)用技術(shù)還不成熟，其中，龍飛船目前剛實(shí)現(xiàn)復(fù)用，復(fù)用次數(shù)不多，追夢(mèng)者還未執(zhí)行過任務(wù)。太空拖船和木星采用船貨分離、貨船在軌重復(fù)使用的方案，通過貨船的重復(fù)使用，可降低運(yùn)輸成本。將上述幾種方案比較可知，船貨分離方案在降低運(yùn)輸成本的同時(shí)，降低了技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度，是實(shí)現(xiàn)低成本貨運(yùn)的有效途徑。

太空拖船的物資運(yùn)輸方案中，未明確貨箱入軌初期的留軌方案，太空拖船與貨箱采用交會(huì)對(duì)接方案，對(duì)接精度要求高，對(duì)接機(jī)構(gòu)質(zhì)量大，拖船不進(jìn)行在軌補(bǔ)加，重復(fù)使用次數(shù)有限，貨箱由空間站機(jī)械臂抓捕停靠。木星的物資運(yùn)輸方案中，貨箱采用物資承載與推進(jìn)劑補(bǔ)加一體化設(shè)計(jì)，構(gòu)造復(fù)雜，貨箱由上面級(jí)輔助留軌與離軌，成本較高，木星采用在軌機(jī)械臂操作技術(shù)，與上面級(jí)完成新舊貨箱的調(diào)換，接貨流程復(fù)雜，貨箱由空間站機(jī)械臂抓捕停靠。

未來，除了載人空間站，空間太陽能電站、空間大型望遠(yuǎn)鏡等大型空間設(shè)施的在軌組裝對(duì)太空物資運(yùn)輸提出了新的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用船貨分離方案，針對(duì)太空拖船和木星方案中存在的不足，提出一種適用于空間站貨物補(bǔ)給、大型空間設(shè)施在軌組裝等多種應(yīng)用場(chǎng)景的空間物流系統(tǒng)，并給出空間物流系統(tǒng)的運(yùn)行流程，實(shí)現(xiàn)低成本的空間物資運(yùn)輸。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)，包括：擺渡車、貨包和燃料包，所述擺渡車負(fù)責(zé)物資在空間段的轉(zhuǎn)移，所述貨包負(fù)責(zé)物資的承載，所述燃料包為擺渡車提供推進(jìn)劑。

上述一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)，其中，所述擺渡車包括停靠機(jī)構(gòu)主動(dòng)端1、大推力發(fā)動(dòng)機(jī)2、小推力發(fā)動(dòng)機(jī)3、相對(duì)導(dǎo)航設(shè)備4、機(jī)械臂5和補(bǔ)加機(jī)構(gòu)被動(dòng)端6。

上述一種用于太空物資運(yùn)輸?shù)目臻g物流系統(tǒng)，其中，所述停靠機(jī)構(gòu)主動(dòng)1端用于擺渡車與貨包、燃料包的機(jī)械連接和電氣連接，形成剛性組合體；所述大推力發(fā)動(dòng)機(jī)2用于擺渡車的快速軌道機(jī)動(dòng)；所述小推力發(fā)動(dòng)機(jī)3用于擺渡車的姿態(tài)控制以及擺渡車與貨包、燃料包、目標(biāo)近距離交會(huì)過程的姿軌聯(lián)合控制；所述相對(duì)導(dǎo)航設(shè)備4為擺渡車提供靠近貨包、燃料包、目標(biāo)過程中的導(dǎo)航信息；所述機(jī)械臂5用于抓捕貨包、燃料包；所述補(bǔ)加機(jī)構(gòu)被動(dòng)端6用于接受燃料包的在軌補(bǔ)給服務(wù)，補(bǔ)加機(jī)構(gòu)被動(dòng)端6通過布局設(shè)計(jì)，使得擺渡車與燃料包在實(shí)現(xiàn)剛性連接或解除的過程中，同步實(shí)現(xiàn)補(bǔ)加機(jī)構(gòu)的連接或解除。