[发明专利]适用于高轨卫星通用锥杆捕获机构的滚珠式导向阻尼机构

说明书

适用于高轨卫星通用锥杆捕获机构的滚珠式导向阻尼机构，包括：摇臂安装座(2)、滚子摇臂结构等；导向筒(9)一端安装摇臂安装座(2)，滑动座(4)安装在导向筒(9)上，沿导向筒(9)外壁滑动；环形的阻尼杆支撑座(8)安装在导向筒(9)另一端的法兰盘上；各滚子摇臂结构绕导向筒(9)的中心轴均匀分布，一端与摇臂安装座(2)转动连接，另一端与阻尼杆(6)端部转动连接；阻尼杆(6)与滚子摇臂结构连接的一端固定在滑动座(4)端部的法兰盘上，阻尼杆(6)另一端伸入阻尼杆支撑座(8)中，沿阻尼杆支撑座(8)内壁滑动。本发明可适应弱撞击条件下的翻滚目标捕获，能够为锥杆捕获机构提供较大的相对速度与角速度容差。

技术领域

本发明属于航天器在轨服务与维护技术领域，涉及一种滚珠式导向阻尼机构。

背景技术

地球静止轨道(GEO)是人类重要的地球轨道资源，在轨资源受轨位限制，极为紧缺。然而随着航天任务的飞速发展，GEO带(GEO±200km)的卫星总数中包含40％以上不可控的或废弃的卫星及其残骸，这些空间物体自然陨落周期长，对正常运行的GEO卫星的安全构成了威胁，也导致GEO轨位资源严重浪费。另统计表明在在轨发生故障的GEO卫星中，50％以上的故障来源于服务系统某一功能丧失，而占据卫星成本70％以上的有效载荷和平台主体功能完好。因此，亟需发展一种携带通用捕获机构的服务飞行器，辅助仍然滞留在GEO带内的废弃卫星完成离轨操作，将其推至GEO垃圾轨道；或对故障卫星实施救援，快速使故障卫星载荷任务能力得以延续。

针对在轨失效卫星，在姿态特性方面，由于星体太阳翼和推进剂晃动等能量耗散作用，在角动量一定的情况下，根据能汇概念，卫星最终将绕最大惯量主轴旋转(通常为东西向和对地向)，并在太阳光压等外力矩作用下，存在较小幅的章动；在接口特性方面，目前在轨和在研的GEO卫星并未针对接受在轨服务与维护设计，不具备合作的对接接口。因此，结合对该类卫星的救援服务与离轨操作需求，需要设计适用于高轨卫星的大容差轻小型刚性抓捕机构，增大对在轨卫星的抓捕的通用性、可靠性和安全性。通过对高轨卫星的通用设备分析，卫星南北面方向安装展开式的太阳电池阵，在星箭对接面安装有星间接口对接环与远地点发动机，在卫星对地面安装天线。其中，远地点发动机在卫星入轨工作后不再使用，适宜选择作为卫星的抓捕对接对象。

基于锥杆式机构抓捕远地点发动机，尤其适用于绕对地向轴线旋转的高轨废弃卫星，可充分利用两飞行器间的弱撞击速度，通过发动机内锥面进行各向同性的导向与抓捕，降低两飞行器的相对位姿控制精度。

目前，国外典型的研究方案包括美国凤凰计划中机械臂+可更换末端执行器方案、德国DEOS和欧洲SMART-OLEV锥杆式抓捕机构方案。其中的锥杆式抓捕机构主要针对GEO卫星通用的远地点发动机进行抓捕，该机构由伸缩机构和锥杆机构串联组成，伸缩机构实现锥杆机构的轴向伸缩运动，锥杆机构由冠状扩展锁紧机构、末梢到位传感器和组合式激光传感器组成，其中的冠状扩展锁紧机构也是针对发动机喉管进行捕获。遗憾的是，该机构处于抓捕机构的外部，不具有伸缩功能，在对卫星捕获过程中，有可能先撞击该部分机构而不是锥杆机构的外部导向结构，容易造成抓捕失败甚至引起冠状扩展锁紧机构的损坏。

针对卫星的抓捕对接，国内中国空间技术研究院和上海航天局等多集中在用于合作卫星或载人航天的空间对接机构研究。对在轨在研卫星的抓捕对接机构前期课题组设计的一种适用于高轨卫星的弱撞击通用抓捕机构及其导向阻尼装置(ZL 201410783968.6和ZL 201410784431.1)，该导向阻尼装置仅考虑在服务飞行器与目标卫星相对静止状态下的抓捕过程的导向阻尼，未考虑目标卫星翻滚状态下抓捕，存在导向过程摩擦阻力大、导向不顺畅等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于高轨卫星通用锥杆捕获机构的滚珠式导向阻尼机构；可适应弱撞击条件下的翻滚目标捕获，能够为锥杆捕获机构提供较大的相对速度与角速度容差，且滚子摇臂结构使得锥杆机构在碰撞翻滚目标时实现更加顺畅的导向。