一種旋轉運動太空飛行器傳輸系統的製作方法

2023-05-17 16:15:36 1

一種旋轉運動太空飛行器傳輸系統的製作方法
【專利摘要】一種用於空間環境中旋轉運動太空飛行器多通道供電及多種類信號傳輸系統，所述傳輸系統包括太空飛行器接口單元(100)、常壓倉傳輸單元(200)、空間環境模擬器接口單元(300)和環境模擬單元(400)。所述太空飛行器接口單元(100)：用於連接常壓倉傳輸單元與太空飛行器的接口單元，將經過常壓傳輸單元的太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道連接至太空飛行器；所述常壓倉傳輸單元(200)：用於將太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號傳輸的固定通道轉變為旋轉通道；空間環境模擬器接口單元(300)：用於連接常壓倉傳輸單元與空間環境模擬器的接口單元。環境模擬單元(400)：用於為常壓倉傳輸單元(200)模擬大氣環境，可模擬大氣下的壓力、溫度及溼度環境。
【專利說明】一種旋轉運動太空飛行器傳輸系統

【技術領域】
[0001] 本發明屬於空間環境模擬領域，具體涉及一種用於旋轉運動太空飛行器的多通道供電 及多種類信號傳輸的系統。

【背景技術】
[0002] 太空飛行器在發射之前需要進行充分的空間環境試驗來驗證太空飛行器的可靠性。空間環 境主要指空間的真空(負壓環境，環境壓力在ΚΓ 5?l(T7Pa)、冷黑(無光照和低溫環境，溫度 在-100?-270°C )等環境，空間環境的獲得主要通過空間環境模擬器，其主要用於太空飛行器 的熱試驗(包括熱真空和熱平衡)。採用帶有太陽模擬器的空間環境模擬器進行熱試驗時， 由太陽模擬器系統結構決定太空飛行器需進行360°連續轉動並根據太空飛行器軌道模擬最大垂直 方向±30°擺動姿態。與以往固定不動的太空飛行器熱試驗對比，這種試驗方法增加了太空飛行器 旋轉和擺動運動要求，需要將以往固定不動的太空飛行器供電及多種類信號傳輸線纜變為能夠 隨太空飛行器旋轉及擺動的傳輸線纜。在常溫常壓環境中可通過在傳輸線纜中安裝滑環、旋轉 關節等旋轉傳輸部件實現旋轉供電及信號傳輸。但在太空飛行器熱試驗過程中，太空飛行器處於空 間環境，且需要大量的供電通道及多種類、大數量的信號傳輸通道。本發明針對這種需求發 明了一種可用於空間環境旋轉運動太空飛行器多通道及多種類信號傳輸的方法。此方法是在空 間環境模擬器內安裝一個模擬大氣環境的腔體，腔體分為固定部分及旋轉部分，整個箱體 可與太空飛行器一同進行±30°擺動，腔體內部安裝具有700餘路滑環及旋轉關節組成的源訊 傳輸部件，源訊傳輸部件的旋轉部分與腔體旋轉部分連接與試件一同旋轉，源訊傳輸部件 的固定部分與腔體固定部分連接，最終實現旋轉運動的太空飛行器所需供電、信號傳輸、通訊、 微波等通道連接至空間環境模擬器外，確保太空飛行器能夠完成採用太陽模擬器模擬外熱流的 熱試驗。


【發明內容】

[0003] 1.目的
[0004] 本發明的目的在於實現太空飛行器在空間環境進行旋轉和擺動過程中仍可完成航天 器大量的供電通道及多種類、大數量的信號通道的實時連續傳輸。為太空飛行器完成採用太陽 模擬器進行熱流模擬的熱試驗得到保障。
[0005] 2.技術方案
[0006] 太空飛行器在熱試驗過程中需對各部件提供電源，並能夠將太空飛行器上各種信號與地面 測試平臺進行信號傳輸，供電通道與信號通道眾多。在採用太陽模擬器模擬外熱流的熱試 驗中太空飛行器需要進行連續旋轉和擺動，而由多通道的滑環、旋轉關節組成的旋轉傳輸單元 一般只能應用於大氣環境(常溫、常壓並帶有一定溼度)。為次設計了一種可用於空間環境 模擬器內的一個模擬大氣環境的常壓倉，倉體分為固定單元及旋轉單元，整個倉體可與航 天器一同進行±30°擺動。常壓倉內安裝具有700餘路滑環及旋轉關節組成的旋轉傳輸單 元，旋轉傳輸單元的旋轉部分與旋轉倉接口單元連接，最終連接至太空飛行器接口單元與試件 一同旋轉；旋轉傳輸單元的固定部分與固定倉接口單元連接，並通過空間環境模擬器接口 單元連接至空間環境模擬器外；空間環境模擬器接口單元還能實現常壓倉±30°擺動所 需傳輸線纜長度和柔性要求及應用於空間環境中使用的耐高低溫要求；常壓倉內還配有用 於大氣環境模擬的環境模擬單元及用於常壓倉密封的真空密封單元，最終實現旋轉並帶有 擺動運動的太空飛行器所需供電及信號傳輸通道連接至空間環境模擬器外。
[0007] 本發明涉及一種用於空間環境中旋轉運動太空飛行器多通道供電及多種類信號傳輸 系統，所述傳輸系統包括太空飛行器接口單元（1〇〇)、常壓倉傳輸單元（200)、空間環境模擬器 接口單元（300)和環境模擬單元（400);
[0008] 所述太空飛行器接口單元（100):用於連接常壓倉傳輸單元與太空飛行器的接口單元，將經 過常壓傳輸單元的太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道連接至太空飛行器；
[0009] 所述常壓倉傳輸單元（200):用於將太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號傳輸的 固定通道轉變為旋轉通道，其包括：旋轉倉接口單元（210)，旋轉傳輸單元（220)，固定倉接 口單元（230)，環境檢測單元（240)和真空密封單元（250);
[0010] 空間環境模擬器接口單元（300):用於連接常壓倉傳輸單元與空間環境模擬器的 接口單元，包括耐空間環境且滿足擺動柔性要求的電線、電纜，真空穿牆接插件，及用於輸 送模擬大氣環境氣體的通風管路和接口；
[0011] 環境模擬單元（400):用於為常壓倉傳輸單元（200)模擬大氣環境，可模擬大氣下 的壓力、溫度及溼度環境。
[0012] 3、有益效果
[0013] 本發明攻克了用於空間環境太空飛行器連續旋轉並帶有擺動的試驗過程中能夠將航 天器要求的多通道供電及多種類信號穩定傳輸於太空飛行器與地面測試平臺之間的供電及信 號傳輸技術難點，使試驗能夠最終完成得到保障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地 介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人 員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為傳輸系統的結構框圖；
[0016] 圖2為旋轉傳輸單元220的結構框圖；
[0017] 圖3為環境模擬單元250的結構框圖；
[0018] 圖4為真空密封單元400的結構框圖。

【具體實施方式】
[0019] 參照圖1、圖2、圖3和圖4,示出了本發明一種用於空間環境中旋轉運動太空飛行器多 通道供電及多種類信號傳輸系統組成結構圖。所述系統包括太空飛行器接口單元100、常壓倉傳 輸單元200、空間環境模擬器接口單元300和環境模擬單元400,其中所述常壓倉傳輸單元 包括旋轉倉接口單元210、旋轉傳輸單元220、固定倉接口單元230、環境檢測單元240和真 空密封單兀250 ;所述旋轉傳輸單兀包括供電傳輸單兀221、低頻信號傳輸單兀222和微波 信號傳輸單元223 ;所述真空密封單元包括固定密封單元251和動密封單元252 ;所述環境 模擬單元400包括壓力模擬單元410、溫度模擬單元420和溼度模擬單元430。
[0020] 太空飛行器接口單元100,用於連接常壓倉傳輸單元與太空飛行器的接口單元，將經過常壓 傳輸單元的太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道連接至太空飛行器(包括耐空間環境 電線、電纜，及真空穿牆接插件等）；
[0021] 常壓倉傳輸單元200,用於將太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號傳輸的固定通 道轉變為旋轉通道並為旋轉傳輸單元提供適於工作的模擬大氣環境；
[0022] 空間環境模擬器接口單元300,用於連接常壓倉傳輸單元與空間環境模擬器的接 口單元，包括太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道，及用於輸送模擬大氣環境氣 體的通風管路和接口，太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道採用耐空間環境且滿 足擺動柔性要求的電線、電纜,及真空穿牆接插件；
[0023] 環境模擬單元（400):用於為常壓倉傳輸單元（200)模擬大氣環境，可模擬大氣下 的壓力、溫度及溼度環境。
[0024] 所述常壓倉傳輸單元200包括：
[0025] 旋轉倉接口單元210,位於常壓倉內的旋轉倉，能夠將旋轉傳輸單元的旋轉部分與 旋轉倉固定，並將旋轉傳輸單元旋轉部分供電及信號傳輸通道連接至旋轉倉法蘭上(包括 電線、電纜及真空密封接插件等）；
[0026] 旋轉傳輸單元220,通過多通道供電滑環、低頻信號滑環、微波信號旋轉關節等旋 轉傳輸部件將固定傳輸通道變為旋轉傳輸通道；
[0027] 固定倉接口單元230，位於常壓倉內的固定倉，能夠將旋轉傳輸單元的固定部分與 固定倉固定，並將旋轉傳輸單元固定部分供電及信號傳輸通道連接至固定倉法蘭上(包括 電線、電纜及真空密封接插件等)，還能將環境模擬單元的通風接口與空間環境模擬器接口 單元對接，保證常壓倉由容器外獲得用於模擬大氣環境的氣體；
[0028] 環境檢測單元240,用於為旋轉傳輸單元220模擬大氣環境提供檢測數據，將檢測 數據反饋給環境模擬單元400,實現大氣環境參數(包括壓力、溫度及溼度環境參數)的閉環 模擬功能；
[0029] 真空密封單元250,用於為常壓倉200提供密封，涉及旋轉倉接口單元210和固定 倉接口單元230。
[0030] 所述旋轉傳輸單元220包括：
[0031] 供電傳輸單元221，採用滑環結構，用於將太空飛行器與地面測試平臺間固定的供電通 道轉變為旋轉供電通道，可提供約300條(最大電壓120Vdc，最大電流5A)供電通道及2條 太空飛行器接地通道（電阻小於0.25Ω);
[0032] 低頻信號傳輸單元222,採用滑環結構，用於將太空飛行器與地面測試平臺間固定的低 頻信號傳輸通道轉變為旋轉的低頻信號傳輸通道，可提供約300條屏蔽通道、約100條非屏 蔽通道及約10條視頻信號通道；
[0033] 微波信號傳輸單元223,採用旋轉關節結構，用於將太空飛行器與地面測試平臺間固定 的微波信號傳輸通道轉變為旋轉的微波信號傳輸通道，可提供最大6條微波信號通道。
[0034] 所述真空密封單元250包括：
[0035] 固定密封單元251，用於為旋轉倉接口單元210及固定倉接口單元230提供真空密 封接口，使常壓倉能夠在空間環境模擬器內形成密封的常溫、常壓並帶有一定溼度的獨立 腔體；
[0036] 動密封單元252,是常壓倉旋轉部分與固定部分的密封面，採用3道密封機構，確 保常壓倉運動和靜止時漏率均能滿足使用要求。
[0037] 所述環境模擬單元400包括：
[0038] 壓力模擬單元410 :通過安裝於常壓艙內的環境檢測單元240獲得常壓倉內壓力 信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管道氣體壓力，最終實現常壓艙內模擬大氣 壓力功能；
[0039] 溫度模擬單元420 :通過安裝於常壓艙內的環境檢測單元240獲得常壓倉內溫度 信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管口氣體溫度，最終實現常壓艙內模擬大氣 溫度功?泛；
[0040] 溼度模擬單元430 :通過安裝於常壓艙內的環境檢測單元240獲得常壓倉內溼度 信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管口氣體溼度，最終實現常壓艙內模擬大氣 溼度功能。
【權利要求】
1. 一種用於空間環境中旋轉運動太空飛行器多通道供電及多種類信號傳輸系統，所述傳輸 系統包括太空飛行器接口單元（100)、常壓倉傳輸單元（200)、空間環境模擬器接口單元（300) 和環境模擬單元（400); 所述太空飛行器接口單元（100):用於連接常壓倉傳輸單元與太空飛行器的接口單元，將經過 常壓傳輸單元的太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號旋轉通道連接至太空飛行器； 所述常壓倉傳輸單元（200):用於將太空飛行器與地面測試平臺間供電及信號傳輸的固定 通道轉變為旋轉通道，其包括：旋轉倉接口單元（210)，旋轉傳輸單元（220)，固定倉接口單 元（230)，環境檢測單元（240)和真空密封單元（250); 空間環境模擬器接口單元（300):用於連接常壓倉傳輸單元與空間環境模擬器的接口 單元，包括耐空間環境且滿足擺動柔性要求的電線、電纜，真空穿牆接插件，及用於輸送模 擬大氣環境氣體的通風管路和接口； 環境模擬單元（400):用於為常壓倉傳輸單元（200)模擬大氣環境，可模擬大氣下的壓 力、溫度及溼度環&。
2. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述旋轉倉接口單元（210)位於常壓倉內的旋 轉倉，能夠將旋轉傳輸單元的旋轉部分與旋轉倉固定，並將旋轉傳輸單元旋轉部分供電及 信號傳輸通道連接至旋轉倉法蘭上。
3. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述旋轉傳輸單元（220):通過多通道供電滑 環、低頻信號滑環、微波信號旋轉關節的旋轉傳輸部件將固定傳輸通道變為旋轉傳輸通道。
4. 如權利要求3所述的傳輸系統，所述旋轉傳輸單兀（220)包括供電傳輸單兀（221)、 低頻信號傳輸單兀（222)和微波信號傳輸單兀（223)。
5. 如權利要求4所述的傳輸系統，其中供電傳輸單元（221)，採用滑環結構，用於將航 天器與地面測試平臺間固定的供電通道轉變為旋轉供電通道，可提供約300條供電通道及 2條太空飛行器接地通道。
6. 如權利要求4所述的傳輸系統，其中低頻信號傳輸單元（222)，採用滑環結構，用於 將太空飛行器與地面測試平臺間固定的低頻信號傳輸通道轉變為旋轉的低頻信號傳輸通道，可 提供300條屏蔽通道、100條非屏蔽通道及10條視頻信號通道。
7. 如權利要求4所述的傳輸系統，其中微波信號傳輸單元（223)採用旋轉關節結構，用 於將太空飛行器與地面測試平臺間固定的微波信號傳輸通道轉變為旋轉的微波信號傳輸通道， 可提供最大6條微波信號通道。
8. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述固定倉接口單元（230)位於常壓倉內的固 定倉，能夠將旋轉傳輸單元的固定部分與固定倉固定，並將旋轉傳輸單元固定部分供電及 信號傳輸通道連接至固定倉法蘭上，還能將環境模擬單元的通風接口與空間環境模擬器接 口單元對接，保證常壓倉由容器外獲得用於模擬大氣環境的氣體。
9. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述環境檢測單元（240)用於為旋轉傳輸單元 (220)模擬大氣環境提供檢測數據，將檢測數據反饋給環境模擬單元（400)，實現大氣環境 參數的閉環模擬功能。
10. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述真空密封單元（250)用於為常壓倉（200) 提供密封，包括固定密封單元（251)和動密封單元（252)。
11. 如權利要求10所述的傳輸系統，其中所述固定密封單元（251)，用於為旋轉倉接口 單元（210)及固定倉接口單元（230)提供真空密封接口，使常壓倉能夠在空間環境模擬器 內形成密封的常溫、常壓並帶有一定溼度的獨立腔體。
12. 如權利要求10所述的傳輸系統，其中所述動密封單元（252)，是常壓倉旋轉部分與 固定部分的密封面，採用3道密封機構，確保常壓倉運動和靜止時漏率均能滿足使用要求。
13. 如權利要求1所述的傳輸系統，其中所述環境模擬單元（400)包括壓力模擬單元 (410)、溫度模擬單元（420)和溼度模擬單元（430)。
14. 如權利要求12所述的傳輸系統，其中壓力模擬單元（410)通過安裝於常壓艙內的 環境檢測單元（240)獲得常壓倉內壓力信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管道 氣體壓力，最終實現常壓艙內模擬大氣壓力功能。
15. 如權利要求12所述的傳輸系統，其中溫度模擬單元（420)通過安裝於常壓艙內的 環境檢測單元（240)獲得常壓倉內溫度信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管口 氣體溫度，最終實現常壓艙內模擬大氣溫度功能。
16. 如權利要求12所述的傳輸系統，其中溼度模擬單元（430)通過安裝於常壓艙內的 環境檢測單元（240)獲得常壓倉內溼度信息，調節常壓倉與空間環境模擬器間的送風管口 氣體溼度，最終實現常壓艙內模擬大氣溼度功能。
【文檔編號】B64G7/00GK104085542SQ201310615772
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】顧志飛, 邵靜怡, 寧娟, 詹海洋, 顧苗, 劉高同 申請人:北京衛星環境工程研究所