载人航天器虚拟维修环境的设计与实现.pdf

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1、v01．31，No．1航天器环境工程第31卷第l期102SPAcEcRAFTENvIRONMENTENGINEERING2014年2月htIp：／／、)l，、Vw-bisee．ac舶E-mail：htqhjgc@126．comTel：(010)68116407，68116408，68116544载人航天器虚拟维修环境的设计与实现李伟1，赵佳2，张伟1，李涛1，魏传锋1(1．中国空间技术研究院载人航天总体部；2．中国空间技术研究院：北京100094)摘要：文章详细介绍了载人航天器虚拟维修流程和虚拟维修环境的构建方法及其在软件环境中的实现，并利用此方法对“天宫一号”在轨更换操作的全过程进行

2、了仿真分析，得到了仿真的操作流程、可视／可达性和物品通过性的分析结果。结果表明，该虚拟维修环境可有效仿真设备的维修操作流程，满足载人航天器维修性设计验证需求。关键词：载人航天器；虚拟维修；虚拟航天员；可达性中图分类号：v4”．8文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)O卜0102—05DOI：10．3969／j．issn．1673-1379．2014．01．020DesignandimplementatiOnof、ril咖almaintenanceeⅡ响ronmentofmannedspacecrafitLiw萌1，zhaoJia2，zh锄gw：eil，LiTa01，w萌

3、Chuanfen91(1．IIlstituteofM锄edSpaceSystemEngineering，ChinaAcademyofSpaceTecllIlology；2．ChinaAcademyofSpaceTecllIlology：Beijing10094，China)Abstract：ThispaperdiscusseshowtoestablishtheVi咖almaInten龇cepmcedu托锄dmeVin吼lslmulanonenv的衄entintheJACK．111eon-orbitmaintenallceintheTi鲫gong-lisanalyzed锄dtheVirt

4、llalthrou曲path锄dtllevisual时andaccessibil时resultsareobtained．The印plicationresultsshowthattheVirtIlalmaintenatlceenviro砌entcallsimulatetllemaintenanceprocedureoftheequipmentinam锄edspacecraft，aIldmeettherequirememsoftheeVaIuatingmaintaina_bili够Keywords：m锄edspacecraft；virtualmaintenance；virtualastro

5、naut；accessibility0引言在轨维修是实现载人航天器长寿命并维持寿命期间系统高可靠性的必要手段，美国和俄罗斯已经利用空间站计划进行了大量的在轨维修操作u‘3J。我国的在轨维修技术处于发展初期，尚未有对航天器系统和设备进行全面的维修性设计的经验14。5J。载人航天器系统级维修性设计需首先通过地面试验进行验证和改进，但是依托物理样机进行验证的结果大大滞后于设计方案，因此很难将维修性设计改进建议反馈至产品的设计中；另一方面，地面试验很难获得与载人航天器在轨维修时完全相同的空间环境(如微重力等)。而采用虚拟现实技术进行的仿真验证分析，不但可虚拟出相似的维修环境，还可对其维修性设计

6、结果进行实时评估收稿日期：2013．10．16；修回日期：2014．01．17基金项目：国家重大科技专项工程并及时反馈至产品设计，增强了产品维修性的决策能力【6_81。本文针对载人航天器的在轨维修性设计和验证需求，搭建了用于验证的虚拟维修仿真环境，并将此环境应用于在轨型号的维修操作分析，得到了可视性、可达性和物品通过性的分析结果。1虚拟在轨维修流程的构建在虚拟环境中进行的维修仿真是以设备的数字模型为基础，结合维修操作的航天员人体活动以及设备维修操作流程进行的。维修任务的全过程包含多个工序，将不同的维修操作在虚拟环境中建立连接关系，可实现维修任务的模型化管理，便于验证和优化维修操作流程，

7、更好地驱动虚拟场景中的模块进行仿真分析【叭。第l期李伟等：载人航天器虚拟维修环境的设计与实现103基于JACl∽，roE系统的载人航天器虚拟维修仿真验证流程如图1所示。里——．匦匠章章秀尹一2虚拟在轨维修环境的构建根据载人航天器维修性设计验证工作的需求，确定在轨维修过程仿真分析以及虚拟维修评价所需的各项数据，形成适用于在轨维修仿真验证的总体框架。为适应全寿命期内不同阶段的虚拟维修仿真需求，在软件中建立不同的模块，根据已有的数据资源对设备或系统的