[发明专利]基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法

说明书

本发明涉及一种基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法，包括以下步骤：a.确定载人航天器对在轨更换暴露载荷所提供的服务内容；b.确定各服务内容的实现方式；c.确定各实现方式的功能和指标；d.明确对在轨更换暴露载荷的约束条件；e.划分载人航天器对在轨更换暴露载荷服务的阶段；f.确定载人航天器对在轨更换暴露载荷服务的工作流程。根据本发明的基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法，应用机械臂为暴露载荷提供部署、转运和回收服务，相比于航天员出舱为暴露载荷提供相同的服务，可以有效避免出舱活动带来的出舱服寿命折损、资源消耗、航天员安全威胁、转运过程无法照料暴露载荷等问题，同时充分发挥了载人航天器平台大、寿命长的特点，提高了载人航天器暴露试验平台的使用效率，扩大了暴露试验应用范围，有助于更快、更好、更广泛的获取暴露试验成果。

技术领域

本发明涉及载人航天器总体设计技术领域，涉及一种载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法，尤其涉及一种基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法。

背景技术

暴露载荷是指放置于航天器外表面且直接暴露于空间环境之中进行各种试验的载荷。在轨更换暴露载荷是指与航天器平台接口采用可插拔设计的暴露载荷，在轨期间通过航天员或机械臂辅助，实现暴露载荷在轨滚动轮换与更替，达到航天器暴露平台使用效率的最大化。

开展空间科学研究和技术试验是载人航天器的重要任务。载人航天器体积大暴露面广，是开展暴露试验的理想平台。早期的载人航天器，如载人飞船、空间实验室等，由于其在轨飞行时间较短或不具备进出舱和机械臂功能，暴露试验通常采用一次性方式，即载人航天器发射时将暴露载荷安装到位，在轨期间仅开展该项暴露试验，无法在轨更换。随着长期飞行载人航天器的发展，采用一次性暴露试验的方式无法发挥载人航天器长期飞行的优势，开发可重复使用的暴露试验平台，实现暴露载荷在轨滚动轮换与更替，成为载人航天器发展的必然趋势。

在轨更换暴露载荷的部署、回收和舱外转运操作可通过航天员出舱手动操作完成，这种设计方法的弊端在于：

1.航天员出舱服有使用次数要求，频繁出舱会缩短出舱服的使用周期，从而无法满足载人航天器全寿命周期内均可出舱的任务要求；

2.出舱活动作为关键飞行事件需要消耗或占用大量资源，包括航天员工作时间、氧气、天地通信、地面飞行控制支持等；

3.相比处于密封舱内，频繁出舱会使航天员受到过多的空间辐照，危害航天员身体健康；

4.出舱活动存在航天员安全性风险，如空间微流星击穿出舱服风险、出舱舱门泄漏风险、气闸舱无法复压风险等，任何一种异常情况均严重危害航天员安全；

5.航天员在舱外转运暴露载荷期间无法为暴露载荷提供供电支持和测控支持，无法实现对暴露载荷的实时控制和状态监视。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于机械臂的载人航天器对在轨更换暴露载荷的服务方法，包括以下步骤：

a.确定载人航天器对在轨更换暴露载荷所提供的服务内容；

b.确定各服务内容的实现方式；

c.确定各实现方式的功能和指标；

d.明确对在轨更换暴露载荷的约束条件；

e.划分载人航天器对在轨更换暴露载荷服务的阶段；

f.确定载人航天器对在轨更换暴露载荷服务的工作流程。

根据本发明的一个方面，在所述步骤a中，所述服务内容包括在轨重复安装及拆卸、供电、测控、热控、舱内转运、进出舱和机械臂转运。