[发明专利]航天器在轨维修地面虚拟验证系统及方法

说明书

本发明涉及航天器在轨维修地面虚拟验证系统，包括：人机交互系统，用于向参试宇航员显示虚拟在轨维修过程，并通过带有力反馈的数据手套完成虚拟在轨操作；虚拟场景系统，用于模拟航天器在轨维修场景及过程；外部显示系统，用于显示虚拟在轨维修过程及维修数据；维修评价系统，用于根据由外部显示系统所展示的虚拟在轨维修过程和维修数据评估在轨维修效果，并根据上述评估结果修改在轨维修方案。本发明还涉及利用上述系统实施的航天器在轨维修虚拟验证方法。

技术领域

本发明涉及航天器在轨维修地面虚拟验证系统及方法。

背景技术

太空中的物体处于失重状态，航天员在太空中的行动很难控制，很多在地面认为合理的维修方法在太空中未必奏效。为确保在轨维修的成功，必须在地面开展在轨维修的地面验证和训练试验。

目前广泛采用的在轨维修性地面验证方法是在地面进行中性浮力模拟试验。例如，哈勃望远镜在轨维修的地面模拟试验即在马歇尔航天飞行中心的中性浮力模拟器中开展。在该模拟器中放置全尺寸的哈勃望远镜模型、待更换设备和维修工具，航天员身着带有配重的潜水压力服，以保证航天员在水中处于中性悬浮状态，以模拟在轨失重状态。在地面模拟环境下，航天员依据在轨维修方案，使用维修工具进行在轨维修的地面验证和培训，并最终出色的完成了哈勃望远镜的在轨维修工作。使用中性浮力模拟器可完成载人航天器在轨维修的地面验证，但该验证方法所使用的中性浮力模拟器造价高昂、系统复杂，且每次的试验费用和周期较长。

航天员进行在轨维修操作时，处于失重环境中，其维修方法和操作感受与在地面开展维修工作大不相同。且载人航天器在轨维修属于高风险工作，须在地面多次进行模拟维修操作以确保在轨维修方案合理正确、航天员维修水平足以满足任务需求。

在地面环境中模拟在轨维修操作所要解决的技术问题是：模拟在轨维修时的操作环境和航天员的操作感受。

发明内容

本发明的目的在于本发明提出一种在轨维修地面验证方法：采用虚拟现实技术模拟在轨维修过程，从而实现在轨维修的地面验证。

为实现上述发明目的，根据本发明提供航天器在轨维修地面虚拟验证系统，包括：

人机交互系统，用于向参试宇航员显示虚拟在轨维修过程，并通过带有力反馈的数据手套完成虚拟在轨操作；

虚拟场景系统，用于模拟航天器在轨维修场景及过程；

外部显示系统，用于显示虚拟在轨维修过程及维修数据；

维修评价系统，用于根据由外部显示系统所展示的虚拟在轨维修过程和维修数据评估在轨维修效果，并根据上述评估结果修改在轨维修方案。

根据本发明的一个方面，所述虚拟场景系统包括在轨环境计算机模型、待维修航天器三维计算机模型和虚拟现实集成系统。

根据本发明的一个方面，所述人机交互系统包括用于向参试航天员显示虚拟维修过程的数据头盔和由参试航天员佩戴并向其提供反馈力的数据手套。

根据本发明的一个方面，所述外部显示系统包括用于显示虚拟在轨维修过程的立体投影仪和显示屏。

根据本发明提供一种利用上述系统实现航天器在轨维修地面虚拟验证的方法，包括：

(a)制定在轨维修方案；

(b)根据在轨维修方案，构建虚拟维修场景和所述虚拟维修场景中的人体模型；

(c)通过人机交互设备向参试宇航员显示维修场景并完成虚拟在轨操作；

(d)通过外部显示系统显示虚拟维修过程；

(e)根据虚拟维修过程，评估航天器在轨维修结果，并修改维修方案；

(f)重复(a)-(e),直至在轨维修方案满足要求。