[發明專利]基于空間機械臂指向三超衛星平臺系統

在審

• 申請號: 202210246541.7
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114506476A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 徐振邦;徐安鵬;王曉明;韓思凡;楊金河;周成波
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 朱紅玲

基于空間機械臂指向三超衛星平臺系統，涉及航空航天應用技術領域，解決現有無擾載荷平臺無法實現有效載荷快速大范圍機動和傳統三超穩定平臺隔振帶寬低成本高等問題，本發明中，支持模塊工作狀態始終保持對地的三軸穩定，以保證數據的平穩傳輸和太陽能利用的最大化。通過空間機械臂實現有效載荷模塊的快速機動，通過Stewart構型的非接觸式作動器接口將連接模塊和有效載荷模塊連接起來，連接模塊和有效載荷模塊實現主從協同姿態運動，實現有效載荷的超高指向精度。接口模塊擁有非接觸式能量傳輸系統和無線信息傳輸系統，采用高精度非接觸式作動器和高精度非接觸式傳感器，保證有效載荷模塊不會受到支持模塊振動的影響，實現工作過程中的超高穩定度。

技術領域

本發明涉及航空航天應用技術領域，具體涉及一種基于空間機械臂指向三超衛星平臺系統。

背景技術

隨著人類對于太空探索的不斷深入，在空間任務中，對于航天器的指向精度和指向穩定度都提出了更高的要求，太空干涉測量任務(SIM)，類地行星探索器(TPF)，天基激光器(SBL)的有效載荷都需要超高的指向精度和良好的微振動隔離環境，保證航天器的指向精度和穩定性實際上是保證有效載荷的指向精度和穩定性，在為航天器實施保障功能的模塊上主要有飛輪、推力器、制冷機和太陽能帆板等，這些部件在完成自己相應任務的同時還會產生大量的振動這將大大降低有效載荷的指向精度和指向穩定度，此外航天器的尺寸、復雜性和運行環境對有效載荷的隔振都形成了極大的制約。目前針對有效載荷的隔振方案主要包括設計振源設備的振動抑制裝置，實現對擾動源的振動消除，二是阻斷振動傳遞途徑，三是對有效載荷進行振動抑制，但是目前這些方法都存在著很多的不同之處，不足以達到某些高精度航天任務的要求，雖然可以降低一些振動的傳遞，但對于大型航天器來說，成本大大增加，性能受到制約，這些都是限制大型航天器有效載荷工作的因素。在2002年美國提出了無擾載荷平臺的概念(DFP系統)。DFP系統通過實現有效載荷模塊和支持模塊的非接觸連接，實現微振動的超靜隔離。

如專利(CN104129509A)所描述的一種隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛星平臺，適用于具有超精超穩要求的敏感載荷類航天器，該衛星平臺以動靜隔離為手段，劃分為載荷艙和服務艙兩部分，兩艙之間通過懸浮裝置以非接觸形式連接，所述載荷艙通過自身配置的磁懸浮飛輪使有效載荷達到期望的超精超穩控制，所述服務艙通過安裝在其上的外部執行機構抵抗環境干擾并隨動跟蹤載荷艙,使兩艙達到期望的相對位姿,同時通過懸浮裝置的連接約束,實現兩艙分而不離。

目前來說DFP航天器的主要功能還是集中在指向和隔振的要求上，對于需要快速機動的場合來說并沒有任何優勢，雖然目前采用增加反饋帶寬，增加數字系統采樣頻率和前饋控制等可以提升系統的敏捷性。但效果對于需要大角度快速機動的的情況來說由于支持模塊存在奇異和最小轉速等問題，將大大增加控制系統的復雜性，本發明的目的是解除DFP接口的工作范圍的限制，實現支持模塊和有效載荷模塊之間的運動解耦，這樣將大大降低控制系統的復雜性和經濟成本，有效提高DFP系統快速機動性能，在未來太空探索中具有巨大的應用價值。

發明內容

本發明為解決現有無擾載荷平臺無法實現有效載荷快速大范圍機動和傳統三超穩定平臺隔振帶寬低成本高等問題。提供一種基于空間機械臂指向三超衛星平臺系統，

基于空間機械臂指向三超衛星平臺系統，包括有效載荷模塊，接口模塊，連接模塊，空間機械臂和支持模塊；

所述有效載荷模塊連接在接口模塊上，通過接口模塊提供的力和力矩實現有效載荷模塊的高精度姿態控制；

所述接口模塊實現利用非接觸式作動器和傳感器控制有效載荷模塊的精確指向，采用非接觸能源傳輸和信息傳輸實現連接模塊和有效載荷模塊的振動的完全隔離；

所述連接模塊的一端通過接口模塊與有效載荷模塊連接，實現非接觸隔離和主從協同跟隨，另一端與空間機械臂末端連接；

所述空間機械臂的一端與支持模塊連接，另一端與連接模塊連接，為有效載荷模塊提供大角度、超敏捷姿態控制；