空間微納星站的錐－杆型對接與釋放機構的製作方法

2023-06-05 12:55:56

專利名稱：空間微納星站的錐－杆型對接與釋放機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種航天技術領域的對接與釋放設備，具體是一種空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構。
背景技術：
空間微納星站是指由數顆執行不同任務或相同任務的小衛星作為子星，有機組裝在一顆母星上，由運載火箭一次發射升空的微小衛星系統，而針對子星的天基對接與釋放機構是實現子星從母星內釋放和子星與母星對接並收入存儲倉的關鍵部件。目前國際上的對接機構普遍主要採用的有「錐-錐」型、異體同構型、「杆-錐」型、撞鎖-抓手型等，針對無人太空飛行器交會對接領域使用得最多的還是後兩種型式。
經對現有技術的文獻檢索發現，Ui Kyoichi等在Proceedings of the AsianConference on Multibody Dynamics(亞洲多體動力學會議學報)，vol.2002，page.558-563上發表了「Small Docking Mechanism for SmallMothership-Daughtership Satelliteson-ground experiments」(子母型納衛星對接機構的地面試驗)一文，該文提出了一種由六組圓周陣列分布的機械抓手組成的對接機構，當子星進入有效範圍內時，抓手迅速收縮以捕獲子星，並利用抓手上的滾輪引導其進入母星艙體內。其不足在於一套對接機構只能對應一顆子星，既增大了母星的體積，又增加了控制系統的複雜度。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術中存在的不足和缺陷，提供一種空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，在吸收傳統「杆-錐」型和上文所述的子母星對接機構優點的基礎上，主動追蹤機構由「杆」(星站)變為「錐」(子星)，採用弱碰撞抓手的捕獲方式和穿杆爬行的入艙手段，實現微納星站單杆配置完成多個對接任務的要求，具備結構簡單、成本低、可靠性高等性能。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括三部分第一部分為微納星站上的目標機構，包括接收杆、存儲艙和限位擋環，接收杆貫穿存儲艙的中軸線並延伸至艙外，限位擋環位於存儲艙的底部中心。
第二部分為子星上的追蹤機構，包括對接錐、對接孔、抓手式主動滾輪、從動滾輪和限位緩衝柱，對接錐在子星的頂端，對接孔與對接錐的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動滾輪分布於對接孔頂端的內壁上，從動滾輪布置於抓手式主動滾輪後的對接孔內壁上，各有四組，呈圓周分布，限位緩衝柱位於子星尾部。
第三部分為鎖緊機構，包括鎖緊錨與環狀齒槽，兩者分別位於存儲艙的內壁上和子星的外壁上。
本發明利用「錐-杆」接觸原理完成對接過程子星以一定的初速度接近微納星站伸出的接收杆，對接錐、接收杆碰撞後的接觸力驅使接收杆進入子星的對接孔中，抓手式主動滾輪隨即收縮，壓緊接收杆並轉動，驅動子星沿杆爬行，最終在從動滾輪的輔助下，子星沿接收杆軸向進入存儲艙內，抓手式主動滾輪碰到艙內的限位擋環後停止轉動，鎖緊錨迅速放下，嵌入子星外壁的環狀齒槽內，完成鎖緊動作。下一顆子星的對接過程完全類似，只不過上一顆子星尾部的限位緩衝柱取代了限位擋環的作用。子星的存儲方式類似堆棧結構，遵循先入後出的原則。子星的釋放完全為逆過程子星解鎖，抓手式主動滾輪反轉，子星沿接收杆軸向分離。
與現有技術相比，本發明實現了單接收杆完成多個對接任務的要求，大大簡化了對接機構的複雜度；絕大部分的主動機構都布置在子星上，從而提高了微納星站的可靠性；接收杆既是對接部件，又是子星停靠的支架，有效的增加了星站的空間利用率；採用弱碰撞對接方式，無複雜的主動控制系統，成本相對較低。


圖1是本發明的結構示意圖具體實施方式
下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括存儲艙1、限位擋環2、接收杆3、對接錐4、對接孔5、抓手式主動滾輪6、從動滾輪7、限位緩衝柱8、鎖緊錨9與環狀齒槽10。接收杆3貫穿存儲艙1的中軸線並延伸至艙外，限位擋環2位於存儲艙1的底部中心。對接錐4在子星的頂端，對接孔5與對接錐4的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動滾輪6分布於對接孔5頂端的內壁上，從動滾輪7布置於抓手式主動滾輪6後的對接孔5內壁上，限位緩衝柱8位於子星尾部。鎖緊錨9與環狀齒槽10分別位於存儲艙1的內壁上和子星的外壁上。
所述存儲艙1，其結構為圓柱腔體，作用是存儲對接後的子星，額定載荷為兩顆。
所述限位擋環2，作用是限定第一顆子星進入艙內的位置。
所述接收杆3，作為子星的捕獲杆兼停靠支架。
所述對接錐4，外形呈漏鬥狀，錐面與錐體中心軸的夾角為45度，作用是引導接收杆3進入對接孔5。
所述對接孔5，孔徑稍大於接收杆3的直徑，作用是讓子星能夠沿接收杆3穿行。
所述抓手式主動滾輪6，共四組，呈圓周分布在對接孔5頂端的內壁上，抓手式主動滾輪6可沿徑向伸縮，作用是調整子星捕獲接收杆3後的姿態。
所述從動滾輪7，共四組，呈圓周分布在抓手式主動滾輪6後的對接孔5內壁上，作用是輔助抓手式主動滾輪6對子星進行進艙前的調姿。
所述限位緩衝柱8，共三個，呈圓周分布於子星尾部，作用是限定第二顆子星進入艙內的位置。
所述鎖緊錨9，共兩組，每組三個呈圓周分布於存儲艙1的內壁上，使用時，鎖緊錨9嵌入環狀齒槽10內，兩者相互契合完成子星入艙後的鎖緊動作。
本實施例工作時，子星以一定的初速度接近微納星站伸出的接收杆3，對接錐4、接收杆3碰撞後的接觸力驅使接收杆3進入子星的對接孔中，抓手式主動滾輪6隨即收縮，壓緊接收杆3並轉動，驅動子星沿接收杆3爬行，最終在從動滾輪7的輔助下，子星沿接收杆3軸向進入存儲艙內，抓手式主動滾輪6碰到艙內的限位擋環2後停止轉動，鎖緊錨9迅速放下，嵌入子星外壁的環狀齒槽10內，完成鎖緊動作。下一顆子星的對接過程完全類似，只不過上一顆子星尾部的限位緩衝柱8取代了限位擋環2的作用。子星的存儲方式類似堆棧結構，遵循先入後出的原則。子星的釋放完全為逆過程子星解鎖，抓手式主動滾輪6反轉，子星沿接收杆3軸向分離。
權利要求
1.一種空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，包括存儲艙(1)、抓手式主動滾輪(6)、從動滾輪(7)，其特徵在於，還包括限位擋環(2)、接收杆(3)、對接錐(4)、對接孔(5)、限位緩衝柱(8)、鎖緊錨(9)與環狀齒槽(10)；接收杆(3)貫穿存儲艙(1)的中軸線並延伸至艙外，限位擋環(2)位於存儲艙(1)的底部中心，對接錐(4)在子星的頂端，對接孔(5)與對接錐(4)的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動滾輪(6)分布於對接孔(5)頂端的內壁上，從動滾輪(7)布置於抓手式主動滾輪(6)後的對接孔(5)內壁上，限位緩衝柱(8)位於子星尾部，鎖緊錨(9)與環狀齒槽(10)分別位於存儲艙(1)的內壁上和子星的外壁上。
2.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述存儲艙(1)，其結構為圓柱腔體，存儲對接後的子星，額定載荷為兩顆子星。
3.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述對接錐(4)，外形呈漏鬥狀，錐面與錐體中心軸的夾角為45度，引導接收杆(3)進入對接孔(5)。
4.根據權利要求1或3所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述對接孔(5)孔徑稍大於接收杆(3)的直徑，讓子星能夠沿接收杆(3)穿行。
5.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述抓手式主動滾輪(6)，共四組，呈圓周分布在對接孔(5)頂端的內壁上。
6.根據權利要求1或5所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述抓手式主動滾輪(6)可沿徑向收縮和張開，以調整子星捕獲接收杆(3)後的姿態。
7.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述從動滾輪(7)，共四組，呈圓周分布在抓手式主動滾輪(6)後的對接孔(5)內壁上。
8.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述限位緩衝柱(8)，共三個，呈圓周分布於子星尾部。
9.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述鎖緊錨(9)，共兩組，每組三個呈圓周分布於存儲艙(1)的內壁上。
10.根據權利要求1所述的空間微納星站的錐-杆型對接與釋放機構，其特徵是，所述鎖緊錨(9)嵌入環狀齒槽(10)內，兩者相互契合完成子星入艙後的鎖緊動作。
全文摘要
一種空間微納星站的錐－杆型對接與釋放機構，應用於航天領域。本發明中，接收杆貫穿存儲艙的中軸線並延伸至艙外，限位擋環位於存儲艙的底部中心，對接錐在子星的頂端，對接孔與對接錐的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動滾輪分布於對接孔頂端的內壁上，從動滾輪布置於抓手式主動滾輪後的對接孔內壁上，限位緩衝柱位於子星尾部，鎖緊錨與環狀齒槽分別位於存儲艙的內壁上和子星的外壁上。本發明的對接過程採用弱碰撞抓手的捕獲方式和穿杆爬行的入艙手段，子星存儲為堆棧式結構，具備單杆配置完成多個對接任務的特性，簡化了機構的複雜度，提高了微納星站的可靠性和空間利用率。
文檔編號B64G1/64GK101033009SQ20071003963
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月19日 優先權日2007年4月19日
發明者邵曉巍, 徐穎, 陳吉安, 段登平 申請人:上海交通大學