太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究

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1、航天器环境工程第27卷第6期768SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2010年12，J太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究任春珍1，杨再华1，孙刚1，路毅1，刘晓震2(I．北京卫星环境j二程研究所，北京100094；2．中国空问技术研究院载人航天总体部，北京100094)摘要：交会对接设备是实现飞行器交会对接的重要部件。它的安装精度直接影响交会对接任务的成败。为了研究太空环境下飞行器舱体压差对交会对接设备安装姿态的影响，文章根据太空环境飞行器所受压差情况，设计了地面仿太空环境试验，对某型号飞行器的交会对接设备及舱体基准进行了姿态测量，分析了由于舱体

2、内外压差的影响而造成的设备姿态变化，并根据试验结果分析研究出一种新的地面总装精测工艺方案。关键词：太空环境；目标飞行器；交会对接；精测工艺中图分类号：V526文献标识码：A文章编号1673-1379(2010)06-0768-04DoI：lO．39693．issn．1673．1379．2010．06．0230引言随着我困航天事业的飞速发展，建立太空站、实现太空中飞行器的交会对接成为今后一段时期的重要任务，而如何确保飞行器交会对接设备的安装精度是其中的关键环节之一。太空中飞行器所受压力与地面测试环境不同：飞行器在太空环境实现交会对接功能时，舱体所受内外压差为一个标准大气压，这个压差对交

3、会对接设备的安装精度会产生影响；而地面总装阶段飞行器是不存在此压差的。本文通过仿太卒状态的保压精测试验，分析了太空环境对交会对接设备安装精度的影响；并结合实际总装状态和需求，研究出一种新的地面总装精测工艺方案。1某型号交会对接设备精测情况简介交会对接设备有9台，编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I，安装在轨道舱即密封舱外，对接机构安装在轨道舱前端，属于非密封区。对接机构的机械结构坐标系Ol吖∥lzl是交会对接设备的安装调测基准。交会对接设备A、G安装角度偏差要求小于67，H、I安装角度偏差要求小于247。对接段机械结构坐标系(舱体坐标系)01吖MYzl定义为：以端面上3个销孔中心

4、所构成圆的圆心为原点D．；由对接段端面作为基准面Dl-ylzl，基准面法线向外为hl轴，由原点仍指向其中一个销孔中心为却l轴，也l轴通过右手法则来确定【¨。1．1某型号交会对接设备的精度要求1．2总装精度测试原理某目标ls行器由轨道舱及对接机构两部分组成，如图1所示。图l飞行器舱体构形图Fig．1Thestructureofspaceerat!t基准镜目前总装精测采用多台经纬仪构成的非接触式大尺寸测龟系统[2】，利用经纬仪定标测点原型31及立方镜镜面法线的测量方法来完成飞行器设备的安装精测。即在舱体结构和安装仪器上各安装一一立方镜，通过经纬仪自准直和互瞄可以测得镜面法线矢量的关系，从

5、而确定设备安装精度，如图2所示【2-引。测量时首先要建立工艺基准立方镜坐标系oj．即1ml后I和飞行器舱体坐标系01-Xlylzl的关系，及安装设备立方镜坐标系Ob—r12m2如与安装设备坐标系O：-xzvz2的关系。收稿日期：2010．04．19：修回日期：2010．07．07基金项目：航天科技基金资助项目作者简介：任春珍(1966一)，女，研究方向为航天器总装精测技术．联系电话：(010)68746006。第6期任春珍等：太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究图2飞行器精测过程示意图Fig．2Thespacecraftalignmentprocess设通过经纬仪布站测量得到工

6、艺基准立方镜中心点q在飞行器舱体坐标系01-xlylzl下的毕标为(飞Dl，％。0l，％舟)，3条镜面法线在飞行器舱体坐标系01啊∥121下的矢量nl、胁1、露I的方向分别为汹‰，00s凡，006‰)、∞‰，00B‰，006‰)、(COSa／qxl,COS履朋，cosr向≈)。则得到基准镜华标系q—nlmlkl到匕行器舱体坐标系OI-XlylZl的旋转矩阵Aj一1和偏移矢量oj-1．fCOSa一一COS以，lcosy,,丙14一l--Icoso!ml—COS尾l肌cosy,。1盈I，(1)sakl∞cos反朋cos‰zlj0j一-=同理，可以求得安装设备上被测设备立方镜坐标系Oh—n

7、2m2也到安装设备华标系02-x2y222的旋转矩阵钒．2和偏移矢量仇．20飞行器设备的位置和方向都是通过设备E被测立方镜相对飞行器工艺基准立方镜的位置和方向来确定的。设由经纬仪布站测得飞行器上安装设备屯方镜中心点仇和镜面法线n2相对于工艺基准立方镜坐标系oj—nlmlkl的偏移矢量仇．i和n2．b-j的方向分别为‰，蝴，锄)，∞‰，00s％，oosr,幽)。则其在飞行器舱体坐标系Ol-xly川Z下的偏移矢量Db．1和以2．b—l的坐标可以由旋转平移得到：