一种多功能服务航天器构型的制作方法

本发明涉及航天器设计领域，具体涉及一种多功能服务航天器构型。

背景技术：

1、随着航天技术的发展，航天器的功能越来越强大，实际服役寿命越来越长，研制成本越来越高，一旦航天器在轨发生通过地面测控系统无法解决的重大故障，则故障航天器面临着整器在轨失效的风险。如此，损失将十分巨大。因此，在轨服务技术应运而生。在轨服务技术一般是通过装备有特殊工具的服务航天器，向装备相应接口的被服务航天器提供服务。迄今为止，已应用过的在轨服务有：

2、(1)、运输服务：典型的，如货运飞船对空间站进行货物运输补给；

3、(2)、推进剂补加服务：一般是服务航天器携带推进剂向被服务航天器进行补加；

4、(3)、姿轨控接管服务：一般需要服务航天器与被服务航天器对接为组合体，由前者对后者的姿轨控进行整体接管。

5、此外，还有正在研究中的机器人卫星，其装备机械臂和维修工具，具备对故障卫星进行在轨维修。

6、上述已应用或即将应用的在轨服务航天器，均为功能单一航天器，服务功能不足，在轨价值未能最大化。而集成多种在轨服务功能的航天器，其重要挑战之一就是航天器构型设计难度大。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可实现空间货物运输服务、在轨维修服务、在轨推进剂补给服务、姿轨控接管服务，以及返回舱再入返回支持服务等多功能集成的航天器构型，可实现多种在轨服务功能集成的目标。

2、本发明的技术方案是：一种多功能服务航天器构型，所述的航天器构型为密封舱体与非密封舱体混合结构构型，包括仪器舱和货物舱；

3、航天器平台内的设备布局安装在仪器舱内，货物舱用作推进剂、货物存放空间；

4、仪器舱为中心承力筒结合箱板式构型，包括密封型中心承力筒和非密封型箱板；货物舱为内外双承力筒构型，包括密封型内承力筒和非密封型外承力筒；

5、仪器舱上密封型中心承力筒一端设置密封舱门，另一端与货物舱的密封型内承力筒一端密封连接，货物舱的内密封型内承力筒另一端也设置密封舱门；仪器舱的密封型中心承力筒与货物舱的内密封型内承力筒密封对接后，形成一个密封空间；

6、仪器舱上还设有第一对接停靠机构，与仪器舱上密封型中心承力筒的密封舱门相通；

7、货物舱上还设有第二对接停靠机构；与货物舱上密封型内承力筒的密封舱门相通；

8、星箭分离前，货物舱上的第二对接停靠机构与运载火箭连接，作为整个多功能服务航天器的主承载传力结构；

9、空间站货物运输时，仪器舱上的第一对接停靠机构与再入返回舱对接，货物舱上装备的第二对接停靠机构与空间站对接，空间站内航天员进入仪器舱的密封型中心承力筒与货物舱内的密封型承力筒形成的密封空间，进行货物搬运，从而实现货物运输服务。

10、优选地，所述仪器舱中，密封型中心承力筒为圆柱加截锥构型，非密封型箱板为八棱柱构型。

11、优选地，所述货物舱中，密封型内承力筒为圆柱加倒置截锥构型，非密封型外承力筒为圆柱构型。

12、优选地，所述仪器舱的密封型中心承力筒内部直径应不小于.米，以保证可以通过一名航天员。

13、优选地，所述货物舱的非密封型外承力筒的直径综合单次货物运输体积需求和与运载火箭之间的接口约束进行设计，具体为：所述货物舱的非密封型外承力筒的直径应大于能够满足单次货物运输体积所需空间的直径值，同时小于运载火箭整流罩包络空间的直径值。

14、优选地，所述仪器舱的密封型中心承力筒和货物舱的非密封型外承力筒采用铝合金材料制成。

15、优选地，所述仪器舱的密封型中心承力筒与货物舱内的密封型承力筒的密封端面上各设有一个倒t形密封槽，槽内安装有蕾形密封件，两者对接之后通过螺接固连，蕾形密封件受压变形，形成双道密封。

16、优选地，仪器舱上装有条机械臂，用于实现对装有合作目标适配器的被服务航天器的抓捕，抓捕后，在机械臂的动作下，被服务航天器可被准确移动至与第一对接停靠机构或推进剂补加装置对接，对接后机械臂松开。

17、优选地，所述仪器舱上的推进剂补加装置具有推进剂补加功能，被服务航天器在与推进剂补加装置对接后，多功能服务航天器可对其实现在轨推进剂补给服务。

18、优选地，被服务航天器与第一对接停靠机构对接后，所述多功能服务航天器可对其进行姿轨控接管服务，利用自身推进系统进行组合体的姿轨控制；所述多功能服务航天器还能够利用机械臂，对被服务航天器进行在轨维修更换服务。

19、优选地，所述仪器舱内部装有夹紧分离装置，此夹紧分离装置主体由3根摆杆组成，摆杆前端为半球形，并且上有气体喷嘴；3根摆杆不工作时呈张开状，紧贴密封舱内壁，工作时3根摆杆向中心同步转动，直至前端半球形夹紧返回舱；返回舱弹射时，3根摆杆卸载夹紧力，喷嘴同时喷出高压气体，将小型返回舱弹射出去。

20、与现有相近技术相比，本发明的有益技术效果是：

21、(1)、相比现有在轨服务航天器服务对象仅为卫星，本发明提供的多功能服务航天器及其构型不仅可对各类无人的卫星进行服务，通过设置密封空间，也可以对载人空间站进行密封货物运输服务和返回舱再入返回支持服务；

22、(2)、本发明提供的多功能服务航天器及其构型可提供的在轨服务功能多样，服务能力大大增强；

23、(3)、本发明提供的多功能服务航天器及其构型其自身可以实现推进剂被补加，从而延长自身在轨寿命；

24、(4)、本发明提供的多功能服务航天器及其构型可以通过机械臂和对接停靠机构，通过在轨接驳的方式，将运载火箭发射的货包进行转运，从而拓展了在轨货物运输服务的能力。

25、(5)、本发明的多功能服务航天器及其构型，具有任务功能多样、任务灵活性强、综合经济性好的有点，可应用于各类卫星、载人空间站、近地轨道站等航天器的在轨服务。

技术特征：

1.一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述的航天器构型为密封舱体与非密封舱体混合结构构型，包括仪器舱和货物舱；

2.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述仪器舱(2)中，密封型中心承力筒(204)为圆柱加截锥构型，非密封型箱板(205)为八棱柱构型。

3.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述货物舱(1)中，密封型内承力筒(101)为圆柱加倒置截锥构型，非密封型外承力筒(102)为圆柱构型。

4.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述仪器舱的密封型中心承力筒(204)内部直径应不小于0.8米，以保证能够通过一名航天员。

5.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述货物舱的非密封型外承力筒(102)的直径综合单次货物运输体积需求和与运载火箭之间的接口约束进行设计，具体为：所述货物舱的非密封型外承力筒(102)的直径应大于能够满足单次货物运输体积所需空间的直径值，同时小于运载火箭整流罩包络空间的直径值。

6.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述仪器舱的密封型中心承力筒(204)和货物舱的非密封型外承力筒(102)采用铝合金材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器构型，其特征在于，所述仪器舱的密封型中心承力筒(204)与货物舱内的密封型承力筒(101)的密封端面上各设有一个倒t形密封槽，槽内安装有蕾形密封件，两者对接之后通过螺接固连，蕾形密封件受压变形，形成双道密封。

8.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器及其构型，其特征在于，仪器舱(2)上装有2条机械臂(201)，用于实现对装有合作目标适配器的被服务航天器的抓捕，抓捕后，在机械臂(201)的动作下，被服务航天器可被准确移动至与第一对接停靠机构(202)或推进剂补加装置(203)对接，对接后机械臂(201)松开。

9.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器及其构型，其特征在于，所述仪器舱(2)上的推进剂补加装置(203)具有推进剂补加功能，被服务航天器在与推进剂补加装置(203)对接后，多功能服务航天器可对其实现在轨推进剂补给服务。

10.根据权利要求1所述的一种多功能服务航天器及其构型，其特征在于，被服务航天器与第一对接停靠机构(202)对接后，所述多功能服务航天器可对其进行姿轨控接管服务，利用自身推进系统进行组合体的姿轨控制；所述多功能服务航天器还能够利用机械臂，对被服务航天器进行在轨维修更换服务。

11.根据权利要求1～10任一项所述的一种多功能服务航天器及其构型，其特征在于，所述仪器舱(2)内部装有夹紧分离装置(206)，此夹紧分离装置主体由3根摆杆组成，摆杆前端为半球形，并且上有气体喷嘴；3根摆杆不工作时呈张开状，紧贴密封舱内壁，工作时3根摆杆向中心同步转动，直至前端半球形夹紧返回舱；返回舱弹射时，3根摆杆卸载夹紧力，喷嘴同时喷出高压气体，将小型返回舱弹射出去。

技术总结
本发明提供了一种多功能服务航天器构型。该多功能服务航天器由动力舱和仪器舱组成，配置有机械臂、工具箱、推进剂补加装置、航天器对接停靠机构等主要装备。该多功能服务航天器采用特殊内外双承力筒构型：上部的仪器舱采用一种密封型的中心承力筒构型；下部的动力舱以外承力筒为主传力结构，与仪器舱中心承力筒通过一段截锥相连，同时内部还有一密封型内承力筒，与仪器舱中心承力筒一起形成一个密封空间。该多功能服务航天器长期在轨，根据需求进行轨道机动，主要用于提供包括货物运输、轨道维持、维修维护、推进剂补给等在轨服务。

技术研发人员：朱俊杰,王叶奔儒,柴煜,严晨,姜策,欧阳文,朱虹,吴建桔,靳宗向,刘鲁江
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/10/21