[发明专利]一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法

说明书

本发明公开了一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法。所述航天器系统模拟器(2)通过4个多孔气足漂浮在气浮平台(1)上，所述气浮平台(1)周围放置有实验桁架(3)，所述实验桁架(3)的顶棚(14)中间设置模拟辅助对接装置(4)、模拟爬行桁架(5)和卫星模型(6)，所述实验桁架(3)的侧面设置装配实验区域(7)和静音空压机(20)。本发明用以解决现有技术无法模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配，以及现有技术无法模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响等问题。

技术领域

本发明属于空间技术技术领域，具体涉及一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法。

背景技术

随着空间技术研究的不断深入及发展，越来越多的航天器进入到太空中。航天器系统已由功能单一结构简单的航天器发展到功能多样结构复杂的航天器系统。然而这些航天器约有10％左右在发射或者入轨初期就已经失效，不仅浪费轨道资源，而且对其他航天器的安全造成威胁，并且多数航天器在设计时并未考虑到在轨升级的功能，一旦失效将造成巨大损失。因此，为了尽可能挽回由于卫星故障或者失效造成的损失，并保护轨道资源，在轨服务成为目前解决上述问题最行之有效的方案。各国正在研究以卫星维修、燃料加注、卫星延寿、模块更换、轨道清理、在轨组装等为目的复杂在轨操控技术。

在轨操控技术复杂、实现难度大，在轨实验成本高、周期长，因此在进行研究工作的时候需要借助地面的模拟装置进行充分实验，以验证在轨操控航天器系统的规划、控制等算法，验证可行之后才能进行发射并进行空间在轨实验。由于太空环境的特殊性，需要在地面对太空的失重环境进行模拟，增加了实验装置的复杂性。地面实验装置需要模拟太空的失重环境，目前比较成熟的方案通过自由落体法、气浮法、悬吊法、液浮法等方案以自由落体和抵消重力两种方式来模拟。国内外对此进行了大范围研究，自由落体法主要是落塔实验法、飞机抛物线飞行实验法等，抵消重力方案主要是平面气浮、气浮轴承等气浮方案，水下实验系统的液浮方案，以及一级、二级悬吊的吊丝配重方案。在众多试验方案中，需根据模拟对象的特点选择相应的实验方案。

发明内容

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，用以解决现有技术无法模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配，以及现有技术无法模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响等问题。

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，用以完成在轨组装、燃料加注、桁架结构爬行、目标识别及抓取与辅助对接的试验。

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，实现模拟器的定位及运动捕捉，辅助实现模拟器的规划及控制。

本发明通过以下技术方案实现：

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述地面试验平台包括气浮平台1、航天器系统模拟器2、实验桁架3、模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5、卫星模型6 和装配实验区域7，所述气浮平台1放置在若干个支撑柱25上，所述航天器系统模拟器2通过4个多孔气足漂浮在气浮平台1上，所述气浮平台1周围放置有实验桁架3，所述实验桁架3的顶棚14中间设置模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5和卫星模型6，所述实验桁架3的侧面设置装配实验区域7和静音空压机20。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2包括中心箱体8、机械臂9、多孔气足10、执行机构11和六维力传感器12，所述航天器系统模拟器 2底部装有4个多孔气足10，在气足固定在中心箱体8的底部，所述中心箱体8的侧面装有4个机械臂9，每个所述机械臂9的末端分别装有执行机构11和六维力传感器12。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2的中心箱体 8内装有控制器15和电源16，所述机械臂9的末端装有末端相机17。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述实验桁架3的顶棚14均布若干视觉相机13阵列，所述视觉相机13阵列用于运动捕捉。