空间站梦天实验舱构型与布局设计及验证

针对梦天实验舱支持货物自动进出舱和科学载荷试验的任务需求,以及大质量、大尺寸的构型特点,结合天宫空间站双自由度对日定向的整体构型要求,从总体构型和布局2个方面,梳理梦天实验舱的设计约束、设计理念和技术实现途径,介绍梦天实验舱的构型与布局设计状态。通过仿真分析、试验模拟、在轨飞行等验证手段,验证设计效果,分析、总结梦天实验舱总体构型及布局特点,可为同类航天器的总体设计提供借鉴作用。     

3D打印技术在空间站梦天实验舱上的应用

面对梦天实验舱次结构减重需求,提出了面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法,完成并掌握了3D打印次结构从设计、工艺、制造、检验等全周期的研制流程。在梦天实验舱发射载荷条件下,通过结构有限元分析及试验验证,对3D打印次结构性能进行了考核。结果表明:在具有一定强度和刚度裕度的前提下,支架减重效果较为明显,面向3D打印技术的次结构拓扑优化设计的方法具有广阔的工程应用前景。     

空间站梦天实验舱整器动力学分析和试验研究

空间站研制过程中,获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义,整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目。针对空间站梦天实验舱整器动力学问题,通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型,分析接触状态下刚度随外力的变化关系,分别计算拉压特性下的刚度量级,并采用子结构综合方法,依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性。结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧,结合子结构综合预示方法,梦天整器动力学特性的预示具有较高精度。通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示,只需进行舱段级模态试验,节省了研制经费、缩短了研制周期,可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导。     

空间站梦天舱通风流场试验及仿真分析

空间站密封舱内的气流分布对航天员长期在轨的安全性和舒适性有着十分重要的影响,为保证密封舱内空气扰动充分,通常都采用顶部送风,底部回风的方式。针对梦天舱航天员活动区通风流场问题,通过流场试验与仿真相结合的方法对区域内气流组织进行分析,采用舒适速度比例、吹风感作为指标进行评价。结果表明:试验数据与仿真数据偏差在±15%以内,整个舱内空间风速统计学偏差在±5%以内,模型有效。梦天舱航天员活动区舒适速度比例高达92.15%,吹风感指数均小于40,满足人员安全性和舒适性的要求,可作为后续载人航天器通风设计、试验、仿真的借鉴。     

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。     

空间站实验舱对接与转位机构分系统技术及研制

受运载工具运载能力的限制,大型空间站须在太空对接组装。对接与转位机构在空间站组建过程中具有关键作用,用于实验舱与核心舱的对接及转位,实现空间站实验舱的组装。空间站实验舱对接与转位机构分系统是实施对接与转位任务的主动端,为复杂的空间机电热一体化机构产品,在正常模式下,由主动端实施分系统所有动作。在研制过程中,分系统充分论证系统方案,集中攻克关键技术,充分试验产品样机,并先后在轨圆满完成了实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ的对接与转位任务。论述空间站实验舱对接与转位机构分系统的研制技术,对后续空间机构产品研制具有启示作用。     

空间站梦天载荷舱结构设计与验证

针对天宫空间站梦天载荷舱提出了采用一种含大开口的半硬壳铆接结构,实现了结构承载、载荷进出舱及载荷试验平台一体化设计。采用数值仿真的方法,考虑主动段飞行及地面整器起吊载荷等因素的影响,进行了结构强度迭代分析,识别结构的潜在薄弱环节,并开展针对性的局部结构验证试验。最后,设计并建立大开口结构的全工况静力试验平台,开展载荷舱整舱静力试验。数值计算与试验所得结果吻合较好,验证了载荷舱大开口结构设计的正确性。载荷舱结构的设计方法及验证思路可为其他飞行器结构提供参考。     

空间站梦天载荷适配器设计与连接精度验证

空间站舱外载荷适配器是一种用于空间站载荷进出舱及开展载荷舱外暴露试验的轻小型空间对接机构。介绍空间站梦天载荷适配器应用场景、设计思路、产品组成及定位原理;针对该产品高互换性及高定位精度的需求,对3°~120°均布的杆槽定位方式进行了数学建模分析及试验验证。得出了该定位方式具有良好的定位精度及互换性能的结论,在后续空间对接机构设计过程中,可作为备选构型优先考虑。     

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。     

天宫一号空间站已进入初样研制阶段

在春晚轰动亮相的天宫一号展现了未来我国空间站的雏形,它是我国具有试验性质的小型空间站,目前已经进入初样研制阶段,计划于2010年升空。据介绍,天宫一号大致可分为两舱结构,分别为实验舱和资源舱。实验舱可用于航天员驻留期间在轨工作和生活：资源舱内有发动机、电源装置等,可为天宫一号提供动力。天宫一号的重量和神舟七号差不多,约为8吨。     

梦天实验舱初始轨道快速计算策略与分析

初始轨道是航天器入轨评价的关键判据,快速准确计算初始轨道可在入轨异常时为应急救生控制赢得时间。针对传统初始轨道计算方法时间与精度不能兼顾的问题,设计了初始轨道快速计算策略,根据运载火箭加速度变化率来判断舱箭分离时间,采用基于动力学约束的实时轨道滑动批处理方法累积超短弧分离后数据计算初始轨道,对利用各种数据源确定的多组初始轨道进行逻辑优选判断。通过梦天试验舱仿真数据验证表明:使用该策略计算初始轨道,可达到事后精密定轨同等精度,计算时间控制在1 min以内,时效性远超事后精密轨道确定方法。     

分体组合式双自由度对日定向系统构型及布局设计

为解决空间站在不同的构型及飞行姿态下,因太阳入射角变化大引起的太阳电池翼难以对日定向的难题,提出分体组合式双自由度对日定向系统构型。研究空间站构型及飞行姿态,确定采用A轴与B轴2个轴独立运转、单独控制的对日定向方式,2个轴通过桁架结构实现正交连接。在梦天实验舱单舱飞行时,A轴不动,B轴根据轨道周期跟踪太阳,通过飞行器姿态调整补偿太阳入射角的变化。组合体飞行时,B轴补偿太阳高度角,A轴根据轨道周期带动B轴与太阳电池翼共同跟踪太阳,实现双自由度对日定向。在轨飞行结果表明:在不同的舱段构型及飞行姿态下,功率通道输出功率波动幅度由60%减小到7%,分体组合式双自由度对日定向系统构型能够适应空间站复杂的飞行工况。