一種基于開放式結構的天基平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航天器在軌服務技術領域，涉及一種適用于在軌常駐，具有在軌可擴展、大承載、大能源供給和高生存能力特征的新型天基平臺。
【背景技術】
[0002]受限于航天器部組件壽命、燃料、運載能力、發射以及在軌運行環境等多種因素，航天器在從發射入軌、軌道轉移、初軌部署、按計劃運行、拓展運行到結束運行的全壽命過程中，在軌故障不可避免。然而當前航天器僅能通過有限的地面軟件注入方式進行維護，可實現的手段單一，可獲得的效果有限。因此，具備接受在軌服務能力是航天器發展的必然趨勢；同時構建一個可用于物資存儲管理和航天器停泊與維修維護的大型綜合服務系統可有效保證我國空間設施的安全可靠運行，并提供空間設施任務能力。
[0003]此外，隨著一些重要軌道資源(如GEO)的日益緊張，需要開發具有一星多能、一星多用的綜合型應用航天器，如發展具有光學、雷達等多種對地觀測載荷相綜合的探測手段，可有效地提高軌道資源的使用效益。同時，隨著空間技術、制造技術、機器人技術、光電子技術和計算機技術等迅猛發展，將涌現出多種新型空間應用的需求，因此需要構建不再受限于運載工具運載質量和容積的大規模在軌系統，而這樣的系統需要采用在軌組裝方式進行構建，更需要具有可擴展能力的天基平臺支持。
[0004]目前尚未發現專門針對具有開放式結構的大型綜合應用平臺的公開報道。
【發明內容】
[0005]本發明解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供了一種無人參與的、具有在軌可擴展能力的天基平臺，該平臺采用桁架掛艙開放式體系結構，可以接受在軌服務與維護，可在軌規模擴展，并支持在軌多載荷綜合應用。
[0006]本發明的技術解決方案是:一種基于開放式結構的天基平臺，包括自由飛行機器人、控制艙、機電液氣一體化對接接口、中心桁架擴展級、太陽翼、電子艙、能源艙、中心桁架基礎級、艙段連接接口 ；中心桁架基礎級和中心桁架擴展級固定連接構成完整的中心桁架，其中中心桁架基礎級為桁架式構型的單衛星平臺，推進艙集成在所述單衛星平臺內部，中心桁架擴展級為橫截面與所述單衛星平臺橫截面匹配的桁架式構型剛性結構，中心桁架擴展級的左側與中心桁架基礎級固連，中心桁架擴展級的右側安裝用于桁架擴展或者空間飛行器對接的機電液氣一體化對接接口 ；中心桁架擴展級的周圍設置用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口，自由飛行機器人、控制艙、電子艙、能源艙分別通過不同的艙段連接接口固定連接在中心桁架擴展級上，太陽翼通過SADA與能源艙連接。
[0007]所述的中心桁架基礎級的周圍設置有用于推進艙段擴展的艙段連接接口。
[0008]所述的自由飛行機器人為在中心桁架擴展級上移動的機械臂，或者是可與中心桁架擴展級分離的具有空間機械臂的空間飛行器。
[0009]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0010](I)本發明的新型天基平臺主要由中心桁架、艙段連接接口、可更換功能艙段、機電液氣一體化對接接口和自由飛行機器人構成。中心桁架包括基礎級和擴展級兩段。中心桁架周圍設置有用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口，這些接口均為標準化接口，可實現功能艙段的更換、擴展以及結構上的任意布置；
[0011](2)本發明的新型天基平臺采用桁架外掛艙式開放式體系結構，桁架與艙段間采用標準連接接口，可實現功能艙段的模塊更換，在軌擴展，以及整星結構的質量優化，提高天基平臺的生存能力，保持天基平臺的技術先進性，可形成大能源供給和快速軌道機動的天基平臺；
[0012](3)本發明的新型天基平臺預留機電液氣一體化對接接口，支持擴展桁架的組裝和空間飛行器的對接，可形成更加大型復雜空間飛行器；
[0013](4)本發明的新型天基平臺預留多個艙段間連接接口，支持多載荷綜合應用，可形成一星多能、一星多用的綜合型應用航天器；
[0014](5)本發明的新型天基平臺配置有自由飛行機器人，自由飛行機器人上配置有機械臂，可通過移動或飛行，擴展其操作半徑，實現天基平臺的維修、維護、組裝等服務功能；
[0015](6)本發明的新型天基平臺可應用形成常駐空間的綜合服務或綜合應用大型天基系統，滿足對在軌衛星物資補給、停泊維修等服務應用，以及實現大口徑空間望遠鏡和大尺寸天線等大型設施綜合應用等需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明天基平臺的整體構型示意圖；
[0017]圖2為本發明天基平臺的整體構型分解圖；
[0018]圖3為本發明天基平臺的中心桁架圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、圖2所示，為本發明基于開放式結構的新型天基平臺的整體構型示意圖，其主要由可擴展中心桁架和可更換功能艙段組成，基本配置包括自由飛行機器人1、控制艙
2、中心桁架擴展級4、太陽翼5、電子艙6、能源艙7、中心桁架基礎級8、艙段連接接口 9。在此基礎上，可以加入機電液氣一體化對接接口 3，用于桁架擴展或空間飛行器的對接。
[0020]為了敘述方便，首先建立天基平臺的本體坐標系(O-XYZ)，定義如下:
[0021]坐標原點O:中心桁架對接環101的下端框、星箭分離面的理論中心；2軸:沿坐標原點指向星體方向4軸:沿太陽翼5的方向，指向一側能源艙7的方向為正；X軸:與Z軸、Y軸成右手系。
[0022]如圖3所示，完整的中心桁架由中心桁架基礎級8和中心桁架擴展級4固定連接構成。為更加方便地描述可更換功能艙段放置的位置，中心桁架分三個部分，圖中的第I部分為中心桁架基礎級8，第I1、III部分是中心桁架擴展級4。中心桁架基礎級8為桁架式構型的單衛星平臺，推進艙集成在該衛星平臺內部，其±X和土Y面均設置用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口 9，可擴展配置可更換的推進艙。本實施方案中，中心桁架擴展級4橫截面與單衛星平臺橫截面匹配，其結構形式為桁架式構型剛性結構。中心桁架擴展級4的中心桁架擴展級4的-Z側與中心桁架基礎級8固連，中心桁架擴展級4的+Z側安裝用于桁架擴展或者空間飛行器對接的機電液氣一體化對接接口 3。中心桁架擴展級4的周圍同樣設置用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口 9。
[0023]在中心桁架擴展級4第II部分，+X向放置控制艙2，-X向放置電子艙6，土Y向放置兩個能源艙7和太陽翼5 ;在中心桁架擴展級4的第III部分，+X向放置自由飛行機器人1，-X向和土Y向均預留艙段連接接口 9，用于天基平臺的在軌拓展，如承載維修補給物資、多手段探測、多波段通信等載荷和高能耗載荷需求的能源艙，形成具有特定能力的在軌系統。
[0024]控制艙2、電子艙6和能源艙7的外形均呈長方體形，采用殼體式結構，由六塊板構成。其中控制艙2內部除安裝有常規衛星控制所需的敏感器和執行機構以外，還具有在軌服務與維護任務所要求的目標探測、跟蹤與測量模塊，以及與中心桁架上艙段連接接口相匹配的艙段連接接口 9。電子艙6主要放置即插即用測控通信模塊。能源艙7主要放置蓄電池組、電源控制器、SADA控制器等能源基本配置模塊。
[0025]自由飛行機器人I采用長方體外形，也可以采用殼體式結構，停靠在中心桁架4的擴展級上，可以是在中心桁架擴展級4上移動的機械臂，或者是可與中心桁架擴展級4分離的具有機械臂的空間飛行器，通過自由移動或飛行，完成在軌加注、模塊更換等操作。
[0026]艙段連接接口 9可以采用通用的快速連接接口(如采用卡鎖式，CN201110122583.1，面向空間大型機械臂和交會對接的大容差對接捕獲裝置)。機電液氣一體化對接接口 3可以采用通用的載人航天對接接口(如俄羅斯的APAS89對接機構)，并進行小型化設計，用于桁架再擴展或飛行器的對接。
[0027]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
【主權項】
1.一種基于開放式結構的天基平臺，其特征在于包括:自由飛行機器人(I)、控制艙(2)、機電液氣一體化對接接口(3)、中心桁架擴展級(4)、太陽翼(5)、電子艙(6)、能源艙(7)、中心桁架基礎級(8)、艙段連接接口(9);中心桁架基礎級⑶和中心桁架擴展級(4)固定連接構成完整的中心桁架，其中中心桁架基礎級(8)為桁架式構型的單衛星平臺，推進艙集成在所述單衛星平臺內部，中心桁架擴展級(4)為橫截面與所述單衛星平臺橫截面匹配的桁架式構型剛性結構，中心桁架擴展級(4)的左側與中心桁架基礎級(8)固連，中心桁架擴展級(4)的右側安裝用于桁架擴展或者空間飛行器對接的機電液氣一體化對接接口(3);中心桁架擴展級(4)的周圍設置用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口(9)，自由飛行機器人(1)、控制艙(2)、電子艙(6)、能源艙(7)分別通過不同的艙段連接接口(9)固定連接在中心桁架擴展級(4)上，太陽翼(5)通過SADA與能源艙(7)連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于開放式結構的天基平臺，其特征在于:所述的中心桁架基礎級(8)的周圍設置有用于推進艙段擴展的艙段連接接口(9)。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于開放式結構的天基平臺，其特征在于:所述的自由飛行機器人(I)為在中心桁架擴展級(4)上移動的機械臂，或者是可與中心桁架擴展級(4)分離的具有空間機械臂的空間飛行器。
【專利摘要】一種基于開放式結構的天基平臺，包括自由飛行機器人(1)、控制艙(2)、機電液氣一體化對接接口(3)、中心桁架擴展級(4)、太陽翼(5)、電子艙(6)、能源艙(7)、中心桁架基礎級(8)、艙段連接接口(9)。中心桁架基礎級(8)和中心桁架擴展級(4)固定連接構成中心桁架，中心桁架擴展級(4)的左側與中心桁架基礎級(8)固連，右側安裝用于桁架擴展或者飛行器對接的機電液氣一體化對接接口(3)。中心桁架擴展級(4)的周圍設置用于艙段更換或者擴展的艙段連接接口(9)，自由飛行機器人(1)、控制艙(2)、電子艙(6)、能源艙(7)通過艙段連接接口(9)固定在中心桁架擴展級(4)上，太陽翼(5)通過SADA與能源艙(7)連接。
【IPC分類】B64G1-00, B64G1-22
【公開號】CN104691781
【申請號】CN201510016623
【發明人】李志 , 黃劍斌, 蒙波, 張志民, 陳新龍, 尹建鳳, 韓旭, 龐宇佳, 孫玉成
【申請人】中國空間技術研究院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月13日