[发明专利]一种具有惯性补偿的非规则航天器姿态随动系统

说明书

所属技术领域

本发明属于航天器及探测器等空间任务地面验证技术领域，具体涉及提供航天器地面验证的姿态无约束的运动环境。

背景技术

为了保证航天任务的顺利完成，航天器执行任务前必须在地面进行充分的实验，而其成功与否在很大程度上取决于所采用的验证方法对其空间任务实施过程的特征能否真实反映，概括地说，这些特征包括：空间任务实施过程是否在微重力环境中以及航天器姿态位置运动是否受约束等等。而目前所采用的地面验证方法对上述特征的反映都存在明显的不足，例如：系统仿真无法实时描述任务过程；半物理仿真虽然考虑了合作目标的相对轨道运行，但是通常不涉及无约束的自由运动；全物理仿真中考虑到重力补偿和无约束运动的常用的方法有失重法、液浮法、气浮法和悬挂法。失重法常见的为抛物飞行和自由落体，此方法的缺点是时间短、占用的空间大、能够提供的空间有限并且成本高；液浮法阻尼大、维护成本高且只适合低速运动的情况；气浮法一般只能提供五个自由度的运动，在竖直方向的运动受限。悬挂法所占用的空间小、不受时间空间的约束，是重力补偿常用的方法，悬挂法一般可以分为主动重力补偿和被动重力补偿，多用于空间机械臂微重力试验研究。被动重力补偿的补偿精度较低，对试验效果有较大影响；主动重力补偿能够提高补偿精度，但目前主动重力补偿方法一般通过单点悬挂提供三自由度运动空间或多点悬挂提供六自由度运动空间，针对实现航天器运动再现这个目标，三自由度运动空间显然不够，多点悬挂所提供的六自由度空间会由于结构复杂、系统难以控制导致试验效果不佳，因此，发展一种能够在单点悬挂的基础上提供航天器六自由度无约束运动，对促进未来空间试验先期在地面更为精确地进行，以降低研制风险，提高可靠性，缩短研究周期，节省投资，使相关研究成果尽快进入国际领先行列，大幅度提升我国的航天能力和可持续发展的潜力是非常必要的。

发明内容

本发明提出的一种具有惯性补偿的非规则航天器姿态随动系统可保证航天器在地面验证时其姿态调整不受重力影响，且可以补偿由于连接装置引入的附加的惯性力。本系统只需调整附属连接件就能完成对不同外形航天器，或几何中心与质心不重合的航天器的任务验证，适用范围广，且可以和空间三维运动系统结合，再现航天器的空间运动，进一步提高航天器地面验证的置信度。

本发明的技术方案：

本发明一种具有惯性补偿的非规则航天器姿态随动系统包括模拟航天器、连接固定单元、滚转俯仰单元、悬挂架及偏航补偿单元。连接固定单元与航天器直接接触并可根据航天器的外形及质心位置调整其在本发明中的悬挂位置；滚转俯仰单元包括滚转模块与俯仰模块，滚转模块与连接固定单元的贴合程度由俯仰模块控制，滚转俯仰单元可跟随航天器的滚转俯仰姿态运动；滚转俯仰单元通过悬挂架与偏航补偿单元连接，偏航补偿单元包括偏航模块与惯性补偿模块，偏航模块可跟随航天器的偏航运动，惯性补偿模块可补偿连接固定单元、滚转俯仰单元、悬挂架及偏航模块在航天器姿态调整运动时增加的惯性力。

本发明的工作过程为：将航天器安装在连接固定单元上，调整其至合适位置，本发明一种具有惯性补偿的非规则航天器姿态随动系统可跟随航天器的姿态运动，并补偿连接装置引入的附加惯性力。

本发明对比已有的技术有如下特点：

1、设计有连接固定单元，可防止滚转模块相对于航天器由于摩擦过小导致的侧滑；

2、调整了施力位置，增加了滚转模块与俯仰模块连接的刚度；

3、增加了惯性补偿模块，可补偿连接随动单元引入的附加惯性力；

4、适用于更广范围的航天器；

5、结构精简，易于扩展其应用。

附图说明

图1是本发明一种具有惯性补偿的非规则航天器姿态随动系统。

图中标号：1：模拟航天器；2：连接固定单元；3：滚转俯仰单元；4：悬挂架；5：偏航补偿单元。

图2是连接固定单元。

图中标号：21：固定环；22：连接螺柱；23：施力调整法兰；211：连接螺纹孔；212：滚动槽。

图3是连接螺柱与施力调整法兰。

图中标号：221：螺柱固定端；222：螺柱施力端；223：螺柱调整端；231：法兰顶丝孔；232：法兰施力固定端；233：法兰调节螺纹。

图4是滚转俯仰单元。

图中标号：31：滚转模块；32：俯仰模块。

图5是滚转模块与俯仰模块。