升级版加拿大机械臂

加拿大航天工业有一项独门秘技,就是研制太空机械臂。从航天飞机到国际空间站,加拿大研制的机械臂为人类的太空活动立下了汗马功劳。     

柔性机械臂辅助空间站舱段对接阻抗控制

空间机械臂辅助舱段对接过程中存在测量与控制误差,易导致对接机构间存在较大接触力,传统FMA (Force MomentAccommodation)控制方法在测量接触力时无法消除大负载惯性力对测量的影响,且测量仪器的引入会进一步降低空间柔性机械臂的刚度。为此,文章提出了柔性机械臂辅助大负载空间舱段对接的阻抗控制方法,采用拉格朗日法推导了空间机械臂的关节输入力矩方程作为前馈输入,建立了含动力学前馈的空间机械臂阻抗控制程序,并以在商业软件ADAMS中建立的空间柔性机械臂与对接舱段组成的系统动力学模型作为控制对象,对系统进行ADAMS灢Matlab联合仿真。仿真结果表明,按照此控制方法,系统可克服外力干扰使目标解析点按照期望的方式运动;同时,通过测量机械臂关节运动参数即可实现对外力的准确感知,而不需额外添加力传感器,既消除了大负载惯性力对测量的影响,也不会导致柔性机械臂刚度的降低。     

空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证

维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题,调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务,提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案,采用四方协同作业的方式,分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修,提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法,搭建了一套虚拟维修仿真平台,针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证,同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。     

空间站机械臂转位系统动力学建模及特性分析

为分析空间站在应用机械臂转位过程中的动力学特性,采用矢量力学方法推导了考虑偏心量的空间站转位系统动力学模型.使用有限元方法描述柔性臂的弹性变形,应用Newton-Euler法建立空间站机械臂转位系统转动方程,并采用Lagrange法建立柔性臂振动方程;针对柔性机械臂末端带有大负载的特点,将末端弹性变形引起的负载角速度从负载绝对角速度中分离,应用约束模态展开法对动力学方程进行降阶.提出了构造降维矩阵的方法以便于利用空间动力学模型研究机械臂平面转位问题;分析了空间站舱体转位过程中系统的转动惯量、偏心量发生变化的特性.数值仿真结果表明:空间站在转位过程中,系统总体相对于系统质心的转动惯量变化巨大,且偏心量变化范围甚至已超出了空间站核心舱的几何范围.结论可为空间站的控制系统设计提供理论参考.     

空间站日本舱子臂拟用航天飞机作验证试验

日本宇宙开发事业团(NASDA)向美航宇局(NASA)申请,利用1996年度的航天飞机进行空间站日本舱(JEM)子臂在轨道上的应用验证试验。向NASA支付的金额相当于计划总费用的1/2左右,为40～45亿日元。该验证试验称为JEM飞行论证(JFD),计划经费为80～90亿日元。由承担曝露部分的石川岛播磨重工业和担任JEM机械手的东芝公司进行支援。航天飞机货舱标准台架(MPESS)上搭载子臂模型、轨道更换单元(ORU)、栓牢更换作业用的“作业板”、曝露部分模型,由航天     

国际空间站舱外多载荷运行任务规划

空间站舱外载荷平台支持部署众多不同类型的载荷, 为开展大规模空间科学研究提供了机会. 但随着舱外载荷数量及相应任务量的不断增加, 且在受限于资源约束的情况下, 需要制定科学合理的任务规划, 以提高舱外载荷的工作效率. 针对舱外多载荷运行任务规划方法, 深入分析了国际空间站舱外载荷任务规划现状, 重点分析了其舱外载荷平台、载荷类型及特点和多载荷运行任务规划方法, 分析当前任务规划策略、方法及未来发展方向. 根据中国空间站舱外载荷平台特点, 从载荷总体设计和运行任务规划方法等方面为中国空间站后续舱外多载荷系统运行任务规划提供参考和建议.     

和平号空间站航天员舱外活动医学保障述评

1965年3月18日,苏联航天员列昂诺夫在上升-2载人飞船飞行中完成了人类第1次出舱活动,持续时间为12min.1969年1月16日,苏联航天员第2次走向太空,是2名联盟-5载人飞船的航天员在向联盟-4飞船过渡时完成的,持续时间为37min.此后,随着航天员舱外活动使用的个体装备的技术完善及功能可靠性的提高,舱外工作逐渐由短时行为变为有计划的多时活动.     

奋进号为空间站送去第3根外部横梁

□□美国东部时间2002年11月23日19∶50,奋进号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。该航天飞机原定于2002年11月11日零时40分发射,由于供航天员在升空和降落时使用的头盔的一个供氧系统发生氧气泄漏,且工程人员又无法及时修理,因而升空计划被推迟了12天。 1 飞     

航天飞机与空间站航天员训练方法比较

美国航天飞机已经有十年的飞行历史,航天飞机航天员的训练计划有很大的发展,今天的训练计划与航天飞机初期的计划已有很大的不同。目前,训练一名航天员需要的时间大大少于１９８１年的训练时间,训练次数比８０年代初期少３５％。在训练内容方面也有很大差别。模拟设备...     

空间机械臂操作子系统设计与实现

空间机械臂作为中国空间站建设和在轨运营的重要平台, 具有自由度多、转动惯量大、操作精度高、模式多样等特点. 针对空间机械臂在轨任务特点, 建立了支持长期在轨、多模式工作的空间机械臂操作子系统. 该操作子系统由机械臂操作台、虚拟仿真平台、显示器等构成, 可满足多任务需求. 通过对操作子系统的架构、工作模式、技术特点的分析, 重点研究了操作子系统的多总线体系结构、多模态人机交互技术、力觉渲染算法, 并根据地面验证和在轨试验, 给出了空间机械臂操作子系统的验证情况. 结果表明, 空间机械臂操作子系统可有效模拟在轨任务, 准确完成对机械臂的控制与精细操作, 为支撑空间机械臂任务实施积累了经验和数据.     

Space Shuttle drops down the SAA doses on ISS

Long-term analysis of data from two radiation detection instruments on the International Space Station (ISS) shows that the docking of the Space Shuttle drops down the measured dose rates in the region of the South Atlantic Anomaly (SAA) by a factor of 1.5–3. Measurements either by the R3DE detector, which is outside the ISS at the EuTEF facility on the Columbus module behind a shielding of less than 0.45 g cm⁻², and by the three detectors of the Liulin-5 particle telescope, which is inside the Russian PEARS module in the spherical tissue equivalent phantom behind much heavier shielding demonstrate that effect. Simultaneously the estimated averaged incident energies of the incoming protons rise up from about 30 to 45 MeV. The effect is explained by the additional shielding against the SAA 30–150 MeV protons, provided by the 78 tons Shuttle to the instruments inside and outside of the ISS. An additional reason is the ISS attitude change (performed for the Shuttle docking) leading to decreasing of dose rates in two of Liulin-5 detectors because of the East–West proton fluxes asymmetry in SAA. The Galactic Cosmic Rays dose rates are practically not affected.     

空间站发展的探讨

本文较详细地介绍了十六年来国际上空间站活动及其发展概况;并就国外的空间站、运载系统的主要的几个关键问题作了分析;对目前国外的空间站的几种方案进行了探讨。     

空间站支持多任务动态时隙分配研究

为高效、灵活利用有限的空间信道资源, 提高空间站运营模式的动态性, 采用具有QoS (Quality-of-Service)保证的空间站支持多任务动态时隙分配十分重要. 根据空间站多任务特点, 提出一种基于IP的空间站通信网络架构. 根据探测任务的不同QoS等级, 重点研究了多任务动态时隙分配方法, 提出了一种基于预留的具有QoS保证的按需时隙分配方法. 基于NS2和STK进行仿真, 并得出如下结论: 空间站经中继卫星到地面的数据传输时延在0.23～0.35s; 空间站到地面的端到端传输时延受激活的有效载荷或航天器数目影响, 激活的有效载荷或航天器数越少, 端到端的时延越小.     

大型空间站航天员出舱条件及相对运动轨迹

应用航天器近距离相对运动动力学方程,在计及空间站尺寸的条件下,研究了大型空间站航天员出舱条件及相对运动轨迹。研究表明, 当航天员在空间站的上、下表面或前表面下方、后表面上方时, 如果没有约束, 将发生自由漂移,其相对运动的轨道平面内模态为中心漂移的椭圆; 如果航天员在相应的位置上有动力 （主动） 出舱, 其相对运动的轨道平面内模态可以为直线、定常椭圆和中心漂移的椭圆, 这与把空间站简化为质点时的结果有本质差别, 因此不能再将空间站视为质点。通过改变航天员的离舱点和离舱速度, 可以改变出舱相对运动轨迹,以满足一定的舱外活动要求     

空间交会对接技术

本文综述空间交会对接技术目前发展概况,着重讨论自主交会对接控制技术,敏感器和对接面结构型式。     

空间站废水的处理及管理

长期载人飞行的空间站需要大量的用水,为解决由此引起的巨大的维持飞行的运行费用,需要实现水的再生与闭路循环.如何针对空间站废水的特征,解决废水的处理与利用问题,并建立合理的水循环体系是这一工作的关键.文中分析、比较了空间站废水的处理方法,设计了空间站水管理整合方案,并多方面探讨和验证这一方案的合理性和可行性.     

Theoretical performance analysis of electrochromic radiators for space suit thermal control

Variable emissivity electrochromics have been proposed as an enabling technology for integrating a radiator capability into a space suit in order to augment or replace the traditional means of heat rejection achieved via water sublimation. Thermal analysis was performed to establish design trade spaces and to provide operational guidelines and performance specifications for electrochromic technology development. Based on using the available surface area of an entire space suit as a radiator and the projected infrared emissivity modulation capability of state-of-the-art electrochromic material, the proposed application for space suit heat rejection suggests the potential exists to reduce or eliminate reliance on water consumption for thermal control within a defined range of metabolic and environmental boundary conditions.