[发明专利]异体同构、刚度阻尼闭环反馈控制的弱撞击式对接系统

说明书

技术领域

本发明涉及航天飞行器装置，涉及空间对接装置，特别是本发明涉及到用于两个航天器的具有刚度阻尼闭环反馈控制、弱撞击对接系统。 

背景技术

空间对接系统可以使两个航天器在空间轨道上结合并在结构上连接成一个整体。广泛应用于空间站、空间实验室、空间通信和遥感平台等大型设施在轨装配、回收、补给、维修以及空间救援等领域。例如：神舟九号与天宫一号通过对接系统实现两者之间的对接，神舟九号的航天员通过对接通道进入到天宫一号实验舱内。 

大部分的对接系统都有一个机械结构，包括锁、锁钩和其他的机构。一般情况下，实现两航天器的连接有两种方法：对接或停靠。对接操作出现的情况是，当主动飞行器（如神舟飞船）在自主机动控制下进入捕获包络范围，与目标飞行器对接系统接触碰撞（如天宫一号）。停靠操作出现的情况是，一个航天器（如空间站）上安装的外部的连接装置（如遥操作系统，即RMS），连接到另一个航天器（如日本货运飞船）上，操纵其进入捕获范围，与空间站对接系统接触。对接和停靠操作需要两个航天器都有一个对接装置，从而将两个对接装置连接起来。 

下面的论述描述了在任何对接过程中的主要阶段。首先是接近段，主动飞行器运动到对接捕获初始条件范围内。对接捕获初始条件是预先定义的一个围绕对接装置的区域，在对接和停靠前必须导引飞行器进入该区域。第二是导向对准阶段，将两个航天器柔性捕获环相互导向并对准。这个阶段通常驱动两飞行器相互靠近，在对接操作时，迫使捕获环利用被动导向实现对准，或者利用RMS视觉提示校准偏差实现重新对准。第三是捕获阶段，主要是相互靠近的两航天器通过捕获装置（如捕获锁）实现柔性连接。第四是缓冲阶段，两航天器 之间相对运动能量和剩余的相对运动通过对接系统进行吸收和消耗。第五是拉近阶段，主动对接机构将两飞行器拉近，通过对接框面的导向销套实现精确对准。最后阶段是刚性连接阶段，当两飞行器的对接框面处于接近位置时，对接锁工作，完成刚性连接，为两对接面提供刚性连接力和密封力，实现对接通道的密封。 

已有的机械式的对接系统在对接与捕获过程中需要较大的力和相对速度，很难应用于小质量飞行器的对接；对接时产生的较大碰撞力可能会对飞行器或力敏感设备造成破坏，同时，破坏零重力环境，对重力敏感试验造成影响，如晶体生长试验。美国NASA提出了一种基于闭环力反馈控制的对接系统，可以实现弱撞击对接，但该系统采用了高精度力传感器，对实时控制系统要求高且复杂，而且力传感器的漂移会对对接过程产生不利影响，甚至在缓冲过程中引起震荡。因此，需要开发出一种对接系统，既能够减小或消除传统对接系统引起的潜在结构破坏和振动，又具有可靠的测量反馈控制系统。 

然而，目前没有发现类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。 

发明内容

本发明旨在提供一种自适应对接环运动速度和位姿来调整对接环的捕获和缓冲力的异体同构、刚度阻尼闭环反馈控制的弱撞击式对接系统。 

本系统的一种实例还包括：主动对接机构安装在追踪航天器上，被动对接机构安装在目标航天器上，所述主动对接机构进一步包括：主动对接环、捕获装置、对接框体、直线驱动装置、刚性连接装置和闭环反馈控制系统，其中， 

主动对接环：用于该追踪航天器和所述目标航天器的对接环的导向对准； 

捕获装置：用于相互靠近的航天器实现柔性连接； 

若干个直线驱动装置：每个直线驱动装置的一端活动连接于对接环，其另外一端活动连接于对接框体，其若干个直线驱动装置进一步至少包括伸缩机构、光电编码器和电机，伸缩机构与电机同步连动，每个直线驱动装置通过各自的 光电编码器测量其长度信息； 

闭环反馈控制系统：所述对接环在初始条件下接触产生相互作用，追踪航天器的对接环上产生位置和姿态偏差，闭环反馈控制系统的采集器通过采集到该些光电编码器中的信号，计算出直线驱动机构的长度，后计算出对接环位姿和运动速度，以确定主动对接环所需要的缓冲阻尼数据，再通过安装在直线驱动机构上的电机产生相应反作用力，以驱动对接环进行捕获和缓冲； 

刚性连接装置：用于两航天器刚性连接和对接通道的形成。 

较佳地，所述捕获装置为安装在对接环上的电磁吸合盘。或者，所述捕获装置采用对接环三个导向板上的捕获装置来实现捕获。