[发明专利]可长期飞行的多功能载人航天器

说明书

技术领域

本发明属于航天器领域，具体涉及一种可长期飞行的多功能载人航天器。

背景技术

目前各国已经实现或将要实现的空间站，在长期飞行的过程中存在以下问题：

(1)采用化学电池储能，由于空间站电能需求量巨大，电池体积重量庞大，且充放电次数有限，在空间站寿命期限内需频繁更换，不利于空间站长期维护。

(2)采用控制力矩陀螺控制姿态，而控制力矩陀螺需要通过转子高速旋转以及框架旋转输出力矩，寿命难以足够长，在空间站寿命期限内也需频繁更换。

(3)失重对航天员身体的影响是制约航天员在轨驻留时间的主要因素之一。航天员在轨驻留时间短，天地往返频度快，空间站运营成本就高。离心机是空间站提供人造重力最易于实施的途径，但设备直径至少在3.5m以上，难以在空间站非常有限的空间内布局。

(4)从空间站上发射批量微小卫星、甚小卫星，构成星座，逐渐成为空间站一个新的应用。但发射装置或者是火工弹射器，一次性使用；或者是喷气装置，消耗气源。缺点都是发射多星的重量体积代价很大。

目前各国正在研究中的深空探测载人航天器，在长期飞行的过程中存在以下问题：

(1)采用再生燃料电池，体积庞大，能量利用率低；采用核电池，无法充放电循环使用。

(2)采用控制力矩陀螺控制姿态，相比空间站无法更换，只能携带额外的备份件，重量体积代价大。

(3)由于入轨轨道高度高，深空探测载人航天器的体积重量受运载能力的制约强烈，因此相比空间站，离心机更加不适用。

(4)由于轨道变化复杂，深空探测航天器有沿途发射微小卫星、甚小卫星开展空间环境科学研究的需求。发射装置存在与空间站同样的缺点。

因此，新一代空间站或深空探测载人航天器长期在轨飞行亟需解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出了一种可长期飞行的多功能载人航天器，姿控、储能系统长寿命，可提供人工重力环境，可发射批量微小卫星、甚小卫星而不消耗火工品或工质，且航天器通过一体化设计实现上述功能，重量体积优势显著。

本发明所采取的技术方案如下：

一种可长期飞行的多功能载人航天器，包括主舱、第一旋转舱、第二旋转舱，所述主舱为细长构型，所述第一旋转舱和所述第二旋转舱为环形扁平构型，所述第一、二旋转舱沿轴向分别套于所述主舱上；在所述第一旋转舱的内环面与所述主舱之间、所述第二旋转舱的内环面与所述主舱之间，均装有两个磁轴承及位于两个所述磁轴承之间的一个电机，通过所述电机驱动所述第一旋转舱和所述第二旋转舱相对所述主舱旋转，所述磁轴承的定子与所述电机的定子安装在所述主舱上，所述磁轴承的转子和所述电机的转子安装在所述第一、二旋转舱的内环面上。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，在所述第一旋转舱的端面上安装有固定装置，所述固定装置用于固定舱外航天服。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，在所述第一旋转舱或/和所述第二旋转舱的外环面上安装有连接脱离装置，通过所述连接脱离装置连接小卫星，所述连接脱离装置为一个或多个。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，在所述主舱上，位于所述第一旋转舱的两侧，分别固定一个保护轴承；在所述主舱上，位于所述第二旋转舱的两侧，也分别固定一个保护轴承；在所述第一旋转舱和所述第二旋转舱的两端面上分别安装有保护套，在航天器组装阶段以及磁轴承不工作期间，所述保护轴承分别与所述保护套接触，保护所述磁轴承的定、转子之间以及所述电机的定、转子之间不接触，在航天器正常运行期间，通过所述磁轴承控制，使所述保护轴承与所述保护套不接触，使所述第一、二旋转舱相对所述主舱处于悬浮状态。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，在所述主舱上装有端圈，所述保护轴承通过所述端圈和所述主舱的舱体限位。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，所述磁轴承的定子为有凸极的圆环体，所述圆环体中镶嵌永磁体，所述凸极上缠绕线圈，所述磁轴承的转子为软磁材料构成的圆环体；所述电机的转子为软磁材料构成的有凸极的圆环体，所述电机的定子亦为软磁材料构成的有凸极的圆环体，所述电机定子的凸极上缠绕电枢绕组。

作为本发明上述可长期飞行的多功能载人航天器的改进，所述磁轴承是永磁偏置径向磁轴承，所述电机是开关磁阻电机。