空间机械臂在轨维护任务规划与验证研究

随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施，航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务。为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率，需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证。航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程，涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容。以航天员舱外维护空间机械臂为背景，建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统，验证航天员可达性及维修过程可操作性分析，评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性，为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据。     

航天器的在轨维修性

随着我国航天员的空间出舱成功,空间站建设提上日程,因此急需对航天器的在轨维修性进行预先研究。本文在调研国内外关于航天器在轨维修性方面资料的基础上,进一步分析了航天器在轨维修的需求和可行性,并对在轨维修对未来航天器设计和空间站运行模式可能产生的影响和变革进行了初步分析,提出了结合在轨维修性技术发展我国空间站的新设想。     

载人航天器舱外在轨维修设计与实现

在航天员的参与下,载人航天器舱外设备的维修更换给航天器的长寿命运行提供了途径。为此,文章提出适用于舱外在轨维修的技术解决途径,以载人航天器舱外摄像机为例,对摄像机标志、操作机械接口、电接口、航天员抓握、防飘等方面进行了维修性设计。对我国载人航天器舱外摄像机的维修过程开展仿真和在轨维修试验,验证了舱外摄像机维修设计的正确性和合理性。该设计可为我国载人航天器设备的维修性设计提供参考。     

载人航天器在轨维修地面仿真验证技术

为满足载人航天器型号对微重力和真空环境下的维修性仿真验证需求,文章提出并实现了一种混合式仿真验证平台。阐述了在轨维修仿真验证平台整体构架,建立了航天员模型、航天服模型及舱体维修模型,给出了在轨微重力和真空环境下进行维修的可视性、可达性及维修操作时间的仿真验证方法。利用该平台对在轨维修任务进行仿真验证,结果表明,该平台可以有效仿真和验证在轨维修,为维修性设计和优化提供了手段。     

载人航天器密封舱内管路设备维修设计与验证

载人航天器密封舱内配置大量的气、液管路设备,实现管路设备的在轨维修,对于提高长期在轨飞行载人航天器的安全性及使用寿命具有重要意义。文章对某载人航天器再生生保管路设备在轨维修性进行了设计,经地面充分验证后,航天员在轨完成了管路设备维修操作,结果表明本文提出的管路设备在轨维修设计正确、有效,可为载人航天器其他在轨维修设计提供参考。     

空间站实验舱柔性电池翼约束释放机构设计与验证

柔性太阳电池翼国内首次在中国空间站成功应用，是空间站系统最复杂、难度最大的机电产品之一，而约束释放机构作为柔性太阳电池翼系统的关键构成，用于实现太阳翼上升段压紧保护和在轨段解锁释放，其成败直接影响航天器任务成败。基于任务需求，本文介绍了柔性电池翼约束释放机构的构成、工作原理、详细设计以及仿真验证和在轨应用情况，分析其技术特点及关键技术。地面验证及在轨飞行试验验证了约束释放机构设计的正确性与合理性，为我国航天器多点大面积可重复压紧及解锁方面提供了一种新颖且可靠的解决方案。     

天宫空间站在轨货物进出舱功能的设计与验证

为增强空间站对舱外载荷的支持能力，提升舱内外货物的进出效率，减少航天员出舱次数，降低航天员出舱风险，空间站梦天实验舱设计了货物自动进出舱功能。本文从货物进出舱功能方案出发，介绍了包括货物转运功能、外舱门功能、泄压、复压、气体复用功能在内的关键子功能的地面试验验证及在轨试验验证工作。地面及在轨试验验证结果对比表明:货物进出舱方案设计合理，地面验证结果和在轨数据一致性好，产品性能稳定，有效地提高了空间站货物进出舱效率。     

什么是模拟失重水槽

航天员出舱活动是载人航天的重要技术组成部分,通过出舱活动,航天员可以进行航天器的在轨维修和故障排除、有效载荷的布放、回收和在轨维修以及大型航天器（如空间站）的在轨安装构建等任务。这些任务的完成需要航天员穿着舱外航天服在空间失重环境下进行。失重状态下人的运动和作业方式与在地球表面的重力状态下完全不同。为了完成这些出舱活动任务,航天员必须熟练掌握失重状态下运动和作业的规律和技巧,需要通过地面上模拟的失重环境对航天员进行大量的训练。     

我国空间站出舱活动通用设计和实施技术

空间站要达到长期在轨安全、可靠运行要求,必须具备出舱开展维修和组装的能力。文章在对我国空间站出舱活动任务目标分析的基础上,提出了我国空间站组合体系统级出舱活动设计,阐述了空间站出舱活动通用设计和实施技术,例如气闸舱通用过闸技术和机械臂转移航天员技术。最后,总结了从核心舱发射至今我国空间站出舱活动在轨实施情况,并对出舱技术后续在载人登月及光学舱的应用情况进行了展望。     

空间站机械臂方案设计及验证

<正>空间站机械臂技术是航天领域一项技术耦合性强、系统集成度高、技术难度相当大的综合技术,是载人航天、深空探测、在轨服务等领域的一项重要关键技术。空间站机械臂是中国首个自主研制的面向宇航工程应用的大型空间机器人系统,在空间站系统中承担大型舱段转位与辅助对接,支持航天员出舱活动、舱外状态巡检、舱外设备安装及维修,以及载荷照料等重要任务。它涉及机械、电子、热学、动力学与控制、计算机、路径规划、感知与测量、自主智能、算法与软件,以及光学、材料、遥操作、人机交互、地面试验验证等多学科技术,系统复杂,新技术多,设计与验证难度大。     

载人航天器舱外在轨维修维护地面验证平台设计

掌握舱外维修维护的地面验证技术对长寿命载人航天器的研制和在轨运行十分重要,而建立一套舱外在轨维修维护地面验证平台是实现地面验证技术的基础。文章从航天器舱外维修维护地面验证平台的需求分析,任务和功能分配,系统组成,详细设计等几个方面系统阐述了平台的设计。集成测试结果表明,该平台满足航天器舱外维修验证需求,可以作为广泛使用的水槽和仿真手段的有效补充。     

航天器仪表与照明分系统设计和发展

航天器仪表与照明分系统承担着飞行器与航天员信息交互的任务,为航天员在轨工作、生活提供支持。分系统功能包括信息显示提示、越限报警提示、手动操作、工作生活照明、休闲娱乐等。文章给出了航天器仪表与照明分系统设计思路及分系统设计组成;分析了分系统技术应用情况;对应航天器设计和应用结果,提出了后续航天器的技术发展思路和设想。     

载人航天器高压供配电安全性设计

文章通过分析载人航天器高压系统的设计难点,从系统层面自顶向下地提出了载人航天器系统高压安全控制措施并得到验证,实现了载人航天器供电、配电、用电系统的安全性设计规范化和在轨运行安全,为我国后续空间站平台奠定了电源系统技术基础。     

美国航空航天局机器人在轨加注任务简析

<正>美国航空航天局(NASA)2018年6月20日报道,其机器人在轨加注任务(RRM)在肯尼迪航天中心完成了第三阶段一系列关键试验,为后续在"国际空间站"演示验证、应用相关技术奠定了基础。广义上的在轨加注,是指通过直接传输或模块更换等方式的在轨操作,使目标航天器具有正常的推进系统功能。美国一直致力开发机器人在轨燃料加注技术与能力,该项技术成熟后,有望增强航天器在轨机动能力,延长其寿命,并为后续"重     

空间站在轨密封检漏技术研究

空间站除了在地面需要进行充分的总装检漏试验之外,还必须进行在轨运行时的密封检漏,这对于保证航天员的安全和飞行任务的成功非常重要。文章提出了空间站总漏率实时监测技术、空间站结构泄漏点定位与定量检测技术、航天员舱外检漏技术,以及空间站结构泄漏堵漏技术的具体方案和技术途径,并对关键技术做了比较充分的分析。该系统技术的研究与发展能为空间站的在轨泄漏检测提供可靠的保障。     

大型航天器电位控制系统设计及验证

分析了大型航天器在轨交会对接及执行特殊任务等需求,提出了针对不同供电电压等级航天器交会对接、机械臂操作和航天员出舱等任务中的舱体不等电位问题,给出了被动电位控制及主动电位控制的方案。在此基础上提出了具体的设计方案及关键参数的确定,完成了被动电位控制地面验证方案,给出了试验验证结果,完成了主动电位控制在轨实际运行,并给出了实际运行结果情况。可为后续类似航天器的相关设计及地面试验验证提供参考。     

先进制程芯片在轨飞行验证通用系统设计

中国空间站的建立为国产先进制程芯片提供了真实的在轨飞行验证条件。为实现不同种类、不同型号国产先进制程电子元器件在空间辐射环境中的验证,设计了一种通用的在轨飞行验证系统。系统采用“主控单元+试验单元”的平台架构,运用在轨可更换模块和可重构的系统设计,支持航天员定期在轨更换试验模块以完成验证任务的在轨升级。文中给出系统的硬件设计、软件数据管理机制以及在轨飞行验证结果。结果表明,该系统设计有效,成功完成了16 nm FinFET、28 nm亿门级FPGA、高速DAC等10类20余款国产先进制程芯片的在轨工作监测,可为国产先进制程芯片空间适用性研究提供参考。     

载人航天器密封系统漏率设计方法

载人航天器密封舱为航天员提供在轨生活、工作的环境,对密封舱及其环控生保系统、热控制系统、推进控制系统等中各管路的密封性能有严格要求。文章提出了一种漏率设计方法,建立了相应的漏率检测系统,并依据该方法制定了密封舱体和各管路的漏率设计和指标分配的流程。本流程可用作载人航天器舱体密封系统、管路密封系统的漏率设计,对保证载人航天器在轨安全可靠运行有重要参考价值。     

空间站机械臂人机系统设计与验证

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。     

“天和”核心舱入轨 中国空间站进入建造阶段

正2021年4月29日,随着"长征"五号B运载火箭将中国空间站"天和"核心舱顺利送入太空,中国空间站拉开建造大幕。按照空间站建造任务规划,2021-2022年我国将接续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船发射和4次载人飞船发射,并于2022年完成空间站在轨建造,实现中国载人航天工程"三步走"发展战略"第三步"的任务目标。中国空间站:开启载人航天新的里程碑(一)三舱结构构筑安全舒适的"太空之家"作为人类历史上规模最大的航天器,空间站是一种在近地轨道长时间运行,可满足航天员长期在轨生活、工作及地面航天员寻访的载人航天器,代表了当今航天领域最全面、最复杂、最先进和最综合的科学技术成果。