面向在轨服务的航天器可更换模块概念研究

发布时间：2017-10-19 10:22

  本文关键词：面向在轨服务的航天器可更换模块概念研究

  更多相关文章： 在轨服务 模块化航天器 在轨可更换模块 即插即用

【摘要】：航天器在轨服务技术通过对航天器进行在轨修复、升级、燃料补加等操作,能够有效的降低航天任务成本、延长航天器运行寿命,因此很早便被应用到人类航天任务之中。为了进一步降低在轨服务成本、减少宇航员的人身安全隐患,以空间机器人替代宇航员现场操作的自主在轨服务技术近些年来成为世界各国的研究重点。模块化航天器技术借鉴在工业领域广泛实行的产品模块化设计、制造、维护思想,使航天器的开发速度提高、成本降低;同时,在降低在轨服务操作难度方面也有较很大潜力,是自主在轨服务技术的重要支撑技术。本文围绕面向在轨服务的航天器可更换模块的关键技术进行概念研究。首先,分析并总结国外模块化航天器及其可更换模块的设计特点,进行模块化航天器的总体设计和其在轨可更换模块与模块适配器的设计。其中,总体设计提出了航天器外形、主承力结构构型的设计方案,并对模块安装序列进行研究;在轨可更换模块和模块适配器的设计包括结构与机构设计和控制电路设计,模块与适配器具备机械、电气连接/释放的功能。随后,对国外的空间即插即用设备标准及该标准下的卫星数据模型进行分析与总结,借鉴其实现航天器设备即插即用的原理,开发模块化航天器数据模型。该模型在一定程度上能够实现对模块化设备的自识别、自配置,能够支持模块化航天器的在轨设备更换与升级。最后,制造出航天器在轨可更换模块及其适配器的原理样机,并将其调整至正常工作状态;开发一套即插即用功能演示系统,该系统能够实现对样机可更换模块连接状态的监控、对设备数据进行处理与显示、对样机下达模块解锁指令;操纵工业机器人对样机进行模拟在轨更换模块实验,在实验室环境下模拟了在轨更换模块的全过程,验证了模块及其适配器设计的合理性和可靠性。
【关键词】：在轨服务 模块化航天器 在轨可更换模块 即插即用
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V423
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 课题来源、研究背景及研究意义14-15
• 1.1.1 课题来源14
• 1.1.2 研究背景及研究意义14-15
• 1.2 在轨服务技术进展15-23
• 1.2.1 人工在轨服务技术现状16-19
• 1.2.2 自主在轨服务技术现状19-23
• 1.3 模块化技术进展23-27
• 1.3.1 模块化技术发展概况23
• 1.3.2 模块化技术在汽车工业中的应用23-25
• 1.3.3 航天器模块化的应用前景25-27
• 1.4 本文的主要工作及内容安排27-28
• 第二章 面向在轨服务的模块化航天器总体设计28-43
• 2.1 模块化航天器总体设计思路的演变28-32
• 2.2 在轨可更换模块航天器32-34
• 2.3 面向在轨服务的概念模块化航天器构型设计34-40
• 2.3.1 模块化航天器外形设计34-38
• 2.3.2 模块化航天器主承力结构方案设计38-40
• 2.4 ORU安装序列研究40-42
• 2.5 本章小结42-43
• 第三章 航天器在轨可更换模块设计43-67
• 3.1 面向在轨服务的ORU43-45
• 3.2 航天器ORU和OIA的结构与机构设计45-52
• 3.2.1 ORU与OIA的构成45-47
• 3.2.2 ORU的结构与机构设计47-50
• 3.2.3 OIA的结构与机构设计50-52
• 3.3 航天器ORU和OIA的结构强度分析52-61
• 3.3.1 强度分析基本初始条件与方法53
• 3.3.2 强度分析过程53-58
• 3.3.3 强度分析结果58-61
• 3.4 机械接口控制电路设计61-66
• 3.4.1 电路构成及工作原理62-64
• 3.4.2 中央控制器的逻辑判断过程64-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第四章 模块化航天器数据模型开发67-79
• 4.1 SPA标准67-70
• 4.1.1 SPA标准的设备即插即用接口67-69
• 4.1.2 SDM系统69-70
• 4.2 MSDM系统的开发70-78
• 4.2.1 MSDM系统架构70-71
• 4.2.2 MSDM系统组件及工作原理71-76
• 4.2.3 MSDM系统的设备即插即用试验76-78
• 4.3 本章小结78-79
• 第五章 航天器可更换模块原理样机及其模拟在轨更换实验79-95
• 5.1 航天器可更换模块原理样机的制造与调整79-83
• 5.1.1 航天器可更换模块原理样机的制造79-80
• 5.1.2 航天器可更换模块原理样机的调整80-83
• 5.2 即插即用功能演示系统的开发83-87
• 5.2.1 演示系统的硬件开发83-84
• 5.2.2 演示系统的软件开发84-87
• 5.3 模拟在轨更换ORU实验87-94
• 5.3.1 实验的硬件组成87-89
• 5.3.2 实验过程与结果分析89-94
• 5.4 本章小结94-95
• 第六章 总结与展望95-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-102
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文102

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本文编号：1060554