[发明专利]一种具有偏航随动的主动重力补偿系统

说明书

所属技术领域

本发明属于航天器导航、制导与控制系统地面验证技术领域，具体涉及一种航天器空间运动地面验证太空环境模拟系统。

背景技术

航天工程的发展程度决定能否抢占高科技制高点，能否最大程度的利用太空资源，我国正积极开展航天技术研究，为了顺利在极其恶劣太空环境完成航天任务，必须在地面进行充分的实验验证，将航天器在太空中的运动在地面再现，可以充分验证航天器在空间任务的各个环节，保证航天任务的顺利完成。

航天器在太空环境运动最明显的特征是微重力环境下的运动，而地面实验室为有重力环境，为了在地面再现航天器空间微重力环境中的真实运动情况，提高地面验证导航、制导与控制系统实验的置信度，需要在地面为航天器六自由度运动建立一个与空间真实状况相近的无约束微重力环境，其实现的核心是补偿航天器在地面实验室环境中所受的重力，提供航天器三自由度平动及三自由度转动的无约束环境。现有的实现微重力这个目标的手段有液浮法，失重法、气浮法、悬挂法。失重法常见的为抛物飞行和自由落体，此方法的缺点是时间短、占用的空间大、能够提供的空间有限并且成本高；液浮法阻尼大、维护成本高且只适合低速运动的情况，气浮法与悬挂法系统结构相对简单，易于建立实验室中的无约束微重力环境，但气浮法一般只能实现五自由度运动，在竖直方向的运动受限。悬挂法所占用的空间小、不受时间空间的约束，是重力补偿常用的方法且易于实现。悬挂法一般可以分为主动重力补偿和被动重力补偿，被动重力补偿的补偿精度较低，对试验效果有较大影响；主动重力补偿能够提高补偿精度，但目前主动重力补偿方法一般通过单点悬挂提供三自由度运动空间或多点悬挂提供六自由度运动空间，针对实现航天器运动再现这个目标，三自由度运动空间显然不够，多点悬挂所提供的六自由度空间会由于结构复杂、系统难控导致试验效果不佳，因此需要寻找一种结构简单、运行稳定、重力补偿补偿彻底的且易于与水平运动平台结合的系统为航天器提供一个近似无约束微重力运动环境，进而再现其在空间微重力环境下的真实运动，保证地面验证导航、制导与控制系统的有效性。

发明内容

本发明提出了一种结构简单、可靠性高、适应性强、易于实现和维护、时间空间不受限制、重力补偿彻底并且可以跟随或者模拟航天器自旋运动的一种具有偏航随动的主动重力补偿系统，本发明可提供航天器近似无约束六自由度运动的微重力环境，并可跟随或模拟航天器的自旋运动进而再现其在空间微重力环境下的真实运动，保证地面验证导航、制导与控制系统的有效性。

本发明的技术方案：

一种具有偏航随动的主动重力补偿系统包括水平随动支撑模块、滚转俯仰低摩擦随动模块、重力补偿主动随动模块、传感测量模块与协调控制模块。

所述水平随动支撑模块可跟随航天器的水平运动，使重力补偿主动随动模块始终处于竖直方向；所述重力补偿主动随动模块在伺服电机及缓冲装置的作用下可以完全补偿航天器的重力，在偏航跟随电机的作用下可主动跟随航天器的偏航运动，使其偏航运动不受阻碍，处于无约束运动的状态；所述滚转俯仰低摩擦随动模块可以跟随航天器的滚转运动和俯仰运动，使其在滚动与俯仰运动时处于近似无约束的状态；所述传感测量模块可以测量航天器竖向位置的变化以及水平绕横向转动的角度；所述协调控制模块负责传感器信息的采集融合、系统信号传递与协调控制，使系统各模块按系统设计工作，完成航天器空间运动地面的完整再现。

进一步，所述水平随动支撑模块包括支撑件、主支撑板、横向支撑板、横向线性模组、横向伺服电机、纵向连接板、纵向线性模组、纵向伺服电机与主支撑筋板构成。横向支撑板安装在主支撑板上，其上安装有横向线性模组，横向线性模组上垂直安装有纵向线性模组，在横向伺服电机的作用下，可带动纵向线性模组沿横向运动，固定连接板安装在纵向线性模组上，其在横向、纵向伺服电机的作用下可带动固定连接板在横向和纵向主动运动，为了保证结构稳定，横向连接板左右两端安装纵向连接板，纵向连接板与横向连接板垂直，主支撑板上固定有筋板。

进一步滚转俯仰低摩擦随动模块包括航天器、滚动跟随轴承轴、滚动跟随轴承、俯仰轴承固定座、俯仰轴、俯仰轴承、轴承连接板与支撑框；滚动跟随轴承与航天器相切，其通过滚动跟随轴承轴安装在轴承连接板上，轴承连接板通过俯仰轴与俯仰轴承固定，俯仰轴承安装在俯仰轴承固定座内，俯仰轴承固定座安装在支撑框上，支撑框上安装有筋板，其上方安装有距离传感器。当航天器做滚动运动时，与之相切的滚动跟随轴承跟随滚动；当航天器做俯仰运动时，在俯仰轴承提供的低摩擦支撑下，滚动跟随轴承、滚动跟随轴承轴、轴承连接板与俯仰轴随之一起做俯仰运动。