[发明专利]一种重复对接锁定与分离装置

说明书

本发明提供一种重复对接锁定与分离装置，包括：至少一动力单元、至少一传动单元、若干导向分离单元、若干重复对接锁定单元；所述动力单元用于对所述重复对接锁定与分离装置的锁紧与解锁动作提供所需动力；所述传动单元用于将所述动力单元提供的动力传递给后续动作机构；所述导向分离单元用于对载荷进行导向以便准确落入所述重复对接锁定与分离装置的锁紧范围，并在解锁时对所述载荷提供解锁力；所述重复对接锁定单元用于对所述载荷进行锁紧和解锁。本发明提供的所述重复对接锁定与分离装置，具有轴向尺寸紧凑，结构简单，工作平稳，能够重复实现有效载荷的连接拆卸等优点，适合于模块化航天器有效载荷的在轨更换。

技术领域

本发明涉及锁定机构领域，尤其涉及一种重复对接锁定与分离装置。

背景技术

太空垃圾的增多、航天商业化的极速发展以及空间站的建设和维护工作等让世界航天大国越来越注重空间在轨服务技术的研究。空间在轨服务技术可以完成太空垃圾的清理工作，降低空间飞行器被碰撞概率；可以实现在轨航天器的零部件维护、推进剂加注、辅助航天器入轨和离轨甚至在轨零件装配工作，增加飞行器在轨工作时间；可以在无人条件下完成空间站的建设工作，比如空间站大型设备的组装和维护工作。因此，空间在轨服务成为极具研究价值和发展前景的空间技术。

为了完成空间站日常运行所需的设备更换、航天人员交替和物资补给，可重复使用天地往返运输系统成为世界航天大国的研究重心之一。可重复使用天地往返运输系统是指可以往返于地球表面和太空之间的运输系统，与目前的一次性卫星、火箭和太空飞船相比，往返天地飞行器应用可以大大降低空间站维护和运行成本。

空间在轨服务技术和可重复使用天地往返技术的实现分别需要轨道对接锁定维护飞行器和可重复使用天地往返飞行器。空间在轨服务技术自20世纪60年代提出，到目前为止，已经完成了大量的地面、空间试验和在轨应用，获得了一系列的研究成果，比如上世纪八十年代，欧洲航空局设计的空间低冲击重复对接锁定与分离装置、德国宇航中心于1994年开展的试验服务卫星计划ESS(Experimental Servicing Satellite，ESS)、日本宇航局于1997年发射工程试验卫星ETS‐VII(EngineeringTest Satellite‐7，ETS‐VII)轨道对接锁定维护飞行器，完成在轨捕获锁定试验、美国于1999年提出较为完善的在轨服务演示计划—轨道快车计划。可重复使用天地往返技术于上世纪由冯·布劳恩和钱学森提出，航天飞机作为第一代重复使用天地往返技术的代表，经过近三十年的发展，它执行了空间站建设、卫星在轨分离/捕获锁定和航天器在轨维护等任务。考虑到发射和维护成本问题，美国于1999年开始研制X‐37可重复使用飞行器，其中X‐37B轨道测试飞行器于2010年4月发射并完成在轨验证。

空间在轨服务技术和可重复使用天地往返技术的在轨应用产生了极大的经济价值，极大的促进了航天技术的快速发展，而可重复对接锁定与分离装置作为这两项技术的关键部分，其性能的好坏直接决定整个任务的成败。要完成空间在轨服务和可重复使用天地往返任务，该对接锁定与分离装置需具备可重复锁定与分离的特点；为减小捕获过程中对有效载荷的损伤和分离过程对有效载荷的扰动，该装置需具备捕获低冲击和分离低冲击的特点；空间机械臂在转移有效载荷或者有效载荷进行自主对接时，对接机构之间会存在角度和姿态误差，因此该装置需具备一定的容差能力；考虑到研制周期和研发成本等因素，该装置需具备可扩展性，以适应不同尺寸有效载荷。

空间在轨服务和可重复使用天地往返技术作为未来航天发展的重要方向，其带来的经济、军事以及民用价值不言而喻。空间有效载荷重复对接锁定与分离技术是空间在轨服务以及天地往返体系的基础和核心，国外在该领域已取得不少研究成果，有的甚至已经进入实用化、商品化阶段。我国在空间在轨服务以及有效载荷的天地往返技术领域处于起步阶段，因此，为推动我国空间在轨服务以及有效载荷天地往返技术的研究进程，本发明旨在提供一种具备大容差、捕获低冲击和分离低冲击、可重复锁定与分离、可扩展特点的针对有效载荷的重复对接锁定与分离装置，为提高我国空间在轨服务和有效载荷天地往返领域内的技术实力、拓展重复对接锁定与分离产品型谱做出一定的贡献。