[发明专利]追随式零重力模拟试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种追随式零重力模拟试验方法，特别涉及一种主动追随式零重力试验方法。

背景技术

零重力是指被试验设备所受的合力为零的状态，即F_合＝0。

追随是指空间可展开机械装置在展开过程中，悬吊空间可展开机械装置的吊索始终跟踪空间可展开机械装置的轨迹。

追随式零重力试验方法是指空间可展开机械装置在展开过程中，悬吊空间可展开机械装置的吊索始终跟踪空间可展开机械装置的轨迹的同时，尽可能保持空间可展开机械装置受合力为零的状态的试验方法。

目前正在使用的地面零重力试验方法主要有：(1)二维吊挂零重力方法；

(2)气浮平台方法；(3)气球悬吊方法；(4)水中悬浮方法。这4种方法全部为被动的、无主动驱动装置的试验方法。

二维吊挂零重力方法是目前最常用的方法，此方法无主动驱动装置，在二自由度的导轨上连接吊索，吊索与空间可展开机械装置连接，静止时空间可展开机械装置所受合力为零，空间可展开机械装置展开时拖动吊索沿二自由度的导轨运行，由于吊索和二自由度的导轨之间存在摩擦阻力，此时空间可展开机械装置合力无法保持零的状态。即使要求吊索和二自由度的导轨之间的摩擦阻力尽可能低，但是阻力是无法完全消除，不能真实的模拟零重力的状态。

气浮式零重力平台的系统虽然解决了阻力的问题，但是目前气浮平台仅能产生单方向的力，对于太阳翼等重心高度远大于其与气浮平台接触的尺寸，在气浮平台上静止时可看作不稳定的随遇平衡，空间可展开机械装置开始展开时，如受到外界干扰力，零重力环境就很容易被破坏且无法恢复到干扰前的零重力状态，而且气浮式零重力平台的系统复杂并无法应用于真空环境中。

气球悬吊的方法的原理是利用气球产生一个与空间可展开机械装置所受重力大小相等方向相反的浮力来使空间可展开机械装置所受合力为零。当空间可展开机械装置展开时，由于气球体积大造成可悬吊点的数量有限以及展开过程中气球运动受到的空气的阻力较大，模拟零重力的状态有较大的失真。

水中悬浮方法，在空间可展开机械装置上悬吊气球或配重等，使得试验设备整体在水中所受浮力与重力相等，静止时达到合力为零。由于展开动作在水中进行，水阻力远大于空气，从而使得展开阻力很大，模拟真空零重力的状态有较大的失真，同时水可能对试验设备产生污染，此方法已较少采用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种能真实模拟零重力、可应用于真空环境的主动追随式零重力模拟试验方法。

本发明的技术解决方案是：追随式零重力模拟试验方法，通过以下步骤实现：

第一步，制作主动追随式零重力模拟装置，

主动追随式零重力模拟装置包括：导轨、吊索、导轨支架、追随装置、驱动装置和控制计算机，导轨固定在导轨支架上，导轨与吊索通过金属圆环连接，吊索与空间可展开机械装置通过金属圆环连接，追随装置和控制计算机数据线连接，驱动装置和吊索连接，驱动装置和控制计算机数据线连接，追随装置和驱动装置安装在吊索与导轨的连接点即上点上；

第二步，空间可展开机械装置解锁展开，带动吊索在导轨上滑动，此时上点开始追随吊索与空间可展开机械装置的连接点即下点，使得吊索主动跟踪空间可展开机械装置；

第三步，控制计算机根据追随装置测量到的数据计算出吊索与基准铅垂线的半锥角θ；

第四步，控制计算机将计算得到的半锥角θ与控制计算机中预设的半锥角θ′对比，当θ≥θ′时，控制计算机根据吊索的偏移矢量，控制安装在上点的驱动装置带动吊索反方向移动相应的矢量，使吊索与地重新铅垂，其中偏移矢量是吊索从主动追随式零重力模拟装置静止时的位置移动到当前位置的距离和方向；

第五步，不断重复第三步和第四步，使吊索始终保持与地铅垂，确保空间可展开机械装置在展开过程中所受的合力为零。

所述第一步的追随装置包括激光接收器码盘和始终铅垂向上发射激光束的激光管，激光接收器码盘安装在上点处，激光管安装在下点处。

所述第一步的追随装置包括万向节和陀螺，万向节通过连接螺栓安装在上点，陀螺与万向节通过连接螺栓连接，陀螺与控制计算机通过电缆连接。