一种微型航天器对接机构的设计研究

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1、第２２卷第１期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．１２０１６年２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＦｅｂ．２０１６一种微型航天器对接机构的设计研究１１１，２杨青，杨新海，邵济明（１．上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０９；２．上海市空间飞行器机构重点实验室，上海２０１１０９）摘要：针对立方星级别的微型航天器在轨对接任务，提出了一种通用对接机构的设计方案。方案采用捕获连接功能一体化设计，利用连接构件在对接靠近阶段形成捕获对接通道，提高了对接初始姿态偏差适应能力和相对姿态校正能力，并引入电磁力辅助对接过程。利用ＡＤＡＭＳ软件对对接

2、过程进行动力学仿真分析，结果表明，该设计方案能够实现可靠捕获和连接，完成两微型航天器的对接。关键词：微型航天器；通用对接机构；校正；仿真中图分类号：Ｖ５２６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１６）０１-００９３-０６StudyonDesignofaDockingMechanismforMicroSpacecraft１１１，２ＹＡＮＧＱｉｎｇ，ＹＡＮＧＸｉｎｈａｉ，ＳＨＡＯＪｉｍｉｎｇ（１．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈ

3、ａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＭｅｃｈａｎｉｓｍ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０９，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｏｆｔｗｏＣｕｂｅＳａｔ-ｌｉｋｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓ，ａｕｎｉｖｅｒｓａｌｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｄｅｓｉｇｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｃａｐｔｕｒｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｏｎｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｕｓｉｎ

4、ｇｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｔｏｆｏｒｍｔｈｅｃａｐｔｕｒｅｃｈａｎｎｅｌｃｏｕｌｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ’ｓｉｎｉｔｉａｌｅｒｒｏｒａｌｉｇｎｍｅｎｔｒａｎｇｅ．Ｅｌｅｃｔｒｏ-ｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏａｓｓｉｓｔｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇＡＤＡＭＳ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｄｅｓｉｇｎｃｏｕｌｄａｃｃｏ

5、ｍｐｌｉｓｈｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｃａｐｔｕｒｉｎｇａｎｄｄｏｃｋｉｎｇｏｆｔｗｏｍｉｃｒｏｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓ．Keywords：ｍｉｃｒｏｓｐａｃｅｃｒａｆｔ；ｕｎｉｖｅｒｓａｌｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ａｌｉｇｎｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［１］［２］洲与日本也相继开发了弱撞击式的对接机１引言构。我国在２０１１年１１月实现了神舟八号飞船与空间交会对接技术是一种实现两个独立飞行天宫一号目标飞行器的空间交会对接，独立掌握［３］器在空间形成刚性连接的技术。对接过程中，对了空间交会对接技术。接机构的主动端对被

6、动端进行捕获和锁紧，从而随着电子、控制、通信技术的不断进步，微型完成飞行器之间的连接。空间交会对接技术可以航天器技术日趋成熟，微小卫星的应用得到快速广泛地应用于空间飞行器的功能重构、卫星燃料发展，由于其成本低、质量轻、占用空间小等优点，补给、卫星在轨维修服务、空间微小卫星组合等任微小卫星的应用越来越广泛。立方星是一种具有务。自２０世纪６０年代起，美苏两国对空间对接单元尺寸的标准的微型航天器，每个单元为１Ｕ，技术进行了大量研究和试验，设计出了应用于不每Ｕ是一个１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ尺寸的同任务的多种形式的对接机

7、构，目前国际空间站立方体。一个立方星可以由多个单Ｕ模块组成，也都是使用美国和俄罗斯设计的对接机构。欧目前的立方星尺寸多为３Ｕ、６Ｕ。立方星具有研收稿日期：２０１５-０８-１３；修回日期：２０１５-１２-０１作者简介：杨青（１９９０－），男，硕士研究生，研究方向为空间结构与机构设计。Ｅ-ｍａｉｌ：ｙａｎｇｑｉｎｇ＿ｓｌａｒｄａｒ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ９４载人航天第２２卷制周期短、成本低的突出优点，许多航天研究机Dｃ＝２００－１００２－２－１Dｍ（１）构，包括高校在内，都有研发这种微型航天器的经济、技术能力。目前立方星多用

8、于航天技术的在轨验证试验，其低成本的特点降低了项目风险。为微型航天器设计对接机构对于空间飞行器重构、模块化航天器在轨组装、对接机构小型化等有着重要的意义。应用于空间微型航天器的对接机构需要向小尺寸、轻量化的方向发展，模块化的趋势则要求对接机构具有一定的通用性。以美国为首的航天大国对微型航天器对接机构已经进行了一定的研