太空望远镜主镜系统在轨装配研究

发布时间：2020-11-03 13:25

　　 目前世界上有多种类型的太空望远镜,高精度大口径的太空望远镜具备不受地球大气的干扰、图像清晰度高等优势,逐渐成为未来的主要发展方向。但是,受限于现有运载火箭的体积和载荷,整体式和展开式的太空望远镜结构很容易达到口径上限,难以满足大口径太空望远镜的发射要求。因此,通过模块化发射和在轨组装方式构建大口径太空望远镜,是目前已提出的最具可行性的方法。本文提出了构建大口径太空望远镜的设想,将模块化的太空望远镜部件发射升空,通过空间机器人完成在轨装配。本文针对太空望远镜主镜系统在轨装配进行研究,主要研究内容如下:首先,设计了一种用于在轨装配的模块化太空望远镜主镜系统。根据太空望远镜总体指标要求,开展了太空望远镜初步整体方案设计,重点对主镜系统的子镜模块间的机械连接与锁紧机构进行设计。构建了两种可行的装配方案,分析了相应的子镜模块构型,研究了主镜系统的装配顺序,并分析了子镜模块间装配间隙对主镜系统装配定位链末端位置精度影响。然后,研究了主镜系统装配过程中基于时间最优的轨迹规划方法。建立了机械臂的运动学模型,分析了机械臂正运动学,并采用阻尼最小二乘法计算机械臂逆运动学。分析了机械臂工作空间,验证了对主镜系统装配任务的适用性。在关节空间下,采用具有良好的导数连续性和局部支撑性的三次B样条曲线对机械臂进行轨迹规划。在此基础上考虑机械臂关节角度、速度和加速度限制,以运行时间最短为优化目标,利用遗传算法对给定型值点的三次B样条轨迹进行优化。最后,研究了主镜系统装配控制策略,并进行了实验验证。根据在轨装配任务的特点和要求,提出了三大装配原则,完成了主镜系统装配任务规划。使用笛卡尔空间阻抗控制和基于力反馈的位姿调整实现子镜模块的初始插入装配,采用具有叠加力振荡的笛卡尔阻抗控制实现子镜模块的中后期插入装配,有效解决了装配间隙过小造成的易阻塞问题。搭建了典型子镜模块装配实验平台,利用库卡机械臂进行了两种类型子镜模块的装配实验,验证了装配策略的有效性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P111
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文美国格鲁曼公司的 MODEST 在轨验证项目以国际空间站为验证平台[10]，在轨安装口径约 1.5m 的太空望远镜(2015 年)。MODEST 的相关组件可放置于 SpaceXDragon 航天器内，MODEST 在轨装配使用空间机器人完成，其组装过程[10]如图1-1 所示。

图 1-2 国际空间站 SPDM 机器人系统[11]图 1-3 OpTIIX 望远镜及其组装模块[11].2.2 在轨组装太空望远镜概念设计（1）现代太空望远镜 MUST美国波尔航太(Ball Aerospace)于 2008 年提出在轨装配 10m 现代太空望远镜The Modern Universe Space Telescope，MUST）[12]概念，在日地 L2 点通过机器完成安装。望远镜由四个部分组成：光学镜片，科学仪器模块，航天器拖船，光板。

图 1-2 国际空间站 SPDM 机器人系统[11]图 1-3 OpTIIX 望远镜及其组装模块[11].2.2 在轨组装太空望远镜概念设计（1）现代太空望远镜 MUST美国波尔航太(Ball Aerospace)于 2008 年提出在轨装配 10m 现代太空望远镜The Modern Universe Space Telescope，MUST）[12]概念，在日地 L2 点通过机器完成安装。望远镜由四个部分组成：光学镜片，科学仪器模块，航天器拖船，光板。
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 崔乃刚;王平;郭继峰;程兴;;空间在轨服务技术发展综述[J];宇航学报;2007年04期

2 林来兴;;四十年空间交会对接技术的发展[J];航天器工程;2007年04期

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1 周扬;双臂机器人的控制系统建立及阻抗控制研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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2 董晓星;空间机械臂力柔顺控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 杨惠欣;航天器在轨可更换模块设计与分析[D];东北大学;2011年

本文编号：2868634