本發(fā)明涉及航天器設計領域，具體涉及一種多功能服務航天器構型。

背景技術：

1、隨著航天技術的發(fā)展，航天器的功能越來越強大，實際服役壽命越來越長，研制成本越來越高，一旦航天器在軌發(fā)生通過地面測控系統(tǒng)無法解決的重大故障，則故障航天器面臨著整器在軌失效的風險。如此，損失將十分巨大。因此，在軌服務技術應運而生。在軌服務技術一般是通過裝備有特殊工具的服務航天器，向裝備相應接口的被服務航天器提供服務。迄今為止，已應用過的在軌服務有：

2、(1)、運輸服務：典型的，如貨運飛船對空間站進行貨物運輸補給；

3、(2)、推進劑補加服務：一般是服務航天器攜帶推進劑向被服務航天器進行補加；

4、(3)、姿軌控接管服務：一般需要服務航天器與被服務航天器對接為組合體，由前者對后者的姿軌控進行整體接管。

5、此外，還有正在研究中的機器人衛(wèi)星，其裝備機械臂和維修工具，具備對故障衛(wèi)星進行在軌維修。

6、上述已應用或即將應用的在軌服務航天器，均為功能單一航天器，服務功能不足，在軌價值未能最大化。而集成多種在軌服務功能的航天器，其重要挑戰(zhàn)之一就是航天器構型設計難度大。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可實現(xiàn)空間貨物運輸服務、在軌維修服務、在軌推進劑補給服務、姿軌控接管服務，以及返回艙再入返回支持服務等多功能集成的航天器構型，可實現(xiàn)多種在軌服務功能集成的目標。

2、本發(fā)明的技術方案是：一種多功能服務航天器構型，所述的航天器構型為密封艙體與非密封艙體混合結構構型，包括儀器艙和貨物艙；

3、航天器平臺內的設備布局安裝在儀器艙內，貨物艙用作推進劑、貨物存放空間；

4、儀器艙為中心承力筒結合箱板式構型，包括密封型中心承力筒和非密封型箱板；貨物艙為內外雙承力筒構型，包括密封型內承力筒和非密封型外承力筒；

5、儀器艙上密封型中心承力筒一端設置密封艙門，另一端與貨物艙的密封型內承力筒一端密封連接，貨物艙的內密封型內承力筒另一端也設置密封艙門；儀器艙的密封型中心承力筒與貨物艙的內密封型內承力筒密封對接后，形成一個密封空間；

6、儀器艙上還設有第一對接?？繖C構，與儀器艙上密封型中心承力筒的密封艙門相通；

7、貨物艙上還設有第二對接?？繖C構；與貨物艙上密封型內承力筒的密封艙門相通；

8、星箭分離前，貨物艙上的第二對接停靠機構與運載火箭連接，作為整個多功能服務航天器的主承載傳力結構；

9、空間站貨物運輸時，儀器艙上的第一對接停靠機構與再入返回艙對接，貨物艙上裝備的第二對接?？繖C構與空間站對接，空間站內航天員進入儀器艙的密封型中心承力筒與貨物艙內的密封型承力筒形成的密封空間，進行貨物搬運，從而實現(xiàn)貨物運輸服務。

10、優(yōu)選地，所述儀器艙中，密封型中心承力筒為圓柱加截錐構型，非密封型箱板為八棱柱構型。

11、優(yōu)選地，所述貨物艙中，密封型內承力筒為圓柱加倒置截錐構型，非密封型外承力筒為圓柱構型。

12、優(yōu)選地，所述儀器艙的密封型中心承力筒內部直徑應不小于.米，以保證可以通過一名航天員。

13、優(yōu)選地，所述貨物艙的非密封型外承力筒的直徑綜合單次貨物運輸體積需求和與運載火箭之間的接口約束進行設計，具體為：所述貨物艙的非密封型外承力筒的直徑應大于能夠滿足單次貨物運輸體積所需空間的直徑值，同時小于運載火箭整流罩包絡空間的直徑值。

14、優(yōu)選地，所述儀器艙的密封型中心承力筒和貨物艙的非密封型外承力筒采用鋁合金材料制成。

15、優(yōu)選地，所述儀器艙的密封型中心承力筒與貨物艙內的密封型承力筒的密封端面上各設有一個倒t形密封槽，槽內安裝有蕾形密封件，兩者對接之后通過螺接固連，蕾形密封件受壓變形，形成雙道密封。

16、優(yōu)選地，儀器艙上裝有條機械臂，用于實現(xiàn)對裝有合作目標適配器的被服務航天器的抓捕，抓捕后，在機械臂的動作下，被服務航天器可被準確移動至與第一對接?？繖C構或推進劑補加裝置對接，對接后機械臂松開。

17、優(yōu)選地，所述儀器艙上的推進劑補加裝置具有推進劑補加功能，被服務航天器在與推進劑補加裝置對接后，多功能服務航天器可對其實現(xiàn)在軌推進劑補給服務。

18、優(yōu)選地，被服務航天器與第一對接?？繖C構對接后，所述多功能服務航天器可對其進行姿軌控接管服務，利用自身推進系統(tǒng)進行組合體的姿軌控制；所述多功能服務航天器還能夠利用機械臂，對被服務航天器進行在軌維修更換服務。

19、優(yōu)選地，所述儀器艙內部裝有夾緊分離裝置，此夾緊分離裝置主體由3根擺桿組成，擺桿前端為半球形，并且上有氣體噴嘴；3根擺桿不工作時呈張開狀，緊貼密封艙內壁，工作時3根擺桿向中心同步轉動，直至前端半球形夾緊返回艙；返回艙彈射時，3根擺桿卸載夾緊力，噴嘴同時噴出高壓氣體，將小型返回艙彈射出去。

20、與現(xiàn)有相近技術相比，本發(fā)明的有益技術效果是：

21、(1)、相比現(xiàn)有在軌服務航天器服務對象僅為衛(wèi)星，本發(fā)明提供的多功能服務航天器及其構型不僅可對各類無人的衛(wèi)星進行服務，通過設置密封空間，也可以對載人空間站進行密封貨物運輸服務和返回艙再入返回支持服務；

22、(2)、本發(fā)明提供的多功能服務航天器及其構型可提供的在軌服務功能多樣，服務能力大大增強；

23、(3)、本發(fā)明提供的多功能服務航天器及其構型其自身可以實現(xiàn)推進劑被補加，從而延長自身在軌壽命；

24、(4)、本發(fā)明提供的多功能服務航天器及其構型可以通過機械臂和對接停靠機構，通過在軌接駁的方式，將運載火箭發(fā)射的貨包進行轉運，從而拓展了在軌貨物運輸服務的能力。

25、(5)、本發(fā)明的多功能服務航天器及其構型，具有任務功能多樣、任務靈活性強、綜合經濟性好的有點，可應用于各類衛(wèi)星、載人空間站、近地軌道站等航天器的在軌服務。

技術特征：

1.一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述的航天器構型為密封艙體與非密封艙體混合結構構型，包括儀器艙和貨物艙；

2.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述儀器艙(2)中，密封型中心承力筒(204)為圓柱加截錐構型，非密封型箱板(205)為八棱柱構型。

3.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述貨物艙(1)中，密封型內承力筒(101)為圓柱加倒置截錐構型，非密封型外承力筒(102)為圓柱構型。

4.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述儀器艙的密封型中心承力筒(204)內部直徑應不小于0.8米，以保證能夠通過一名航天員。

5.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述貨物艙的非密封型外承力筒(102)的直徑綜合單次貨物運輸體積需求和與運載火箭之間的接口約束進行設計，具體為：所述貨物艙的非密封型外承力筒(102)的直徑應大于能夠滿足單次貨物運輸體積所需空間的直徑值，同時小于運載火箭整流罩包絡空間的直徑值。

6.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述儀器艙的密封型中心承力筒(204)和貨物艙的非密封型外承力筒(102)采用鋁合金材料制成。

7.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器構型，其特征在于，所述儀器艙的密封型中心承力筒(204)與貨物艙內的密封型承力筒(101)的密封端面上各設有一個倒t形密封槽，槽內安裝有蕾形密封件，兩者對接之后通過螺接固連，蕾形密封件受壓變形，形成雙道密封。

8.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器及其構型，其特征在于，儀器艙(2)上裝有2條機械臂(201)，用于實現(xiàn)對裝有合作目標適配器的被服務航天器的抓捕，抓捕后，在機械臂(201)的動作下，被服務航天器可被準確移動至與第一對接?？繖C構(202)或推進劑補加裝置(203)對接，對接后機械臂(201)松開。

9.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器及其構型，其特征在于，所述儀器艙(2)上的推進劑補加裝置(203)具有推進劑補加功能，被服務航天器在與推進劑補加裝置(203)對接后，多功能服務航天器可對其實現(xiàn)在軌推進劑補給服務。

10.根據權利要求1所述的一種多功能服務航天器及其構型，其特征在于，被服務航天器與第一對接停靠機構(202)對接后，所述多功能服務航天器可對其進行姿軌控接管服務，利用自身推進系統(tǒng)進行組合體的姿軌控制；所述多功能服務航天器還能夠利用機械臂，對被服務航天器進行在軌維修更換服務。

11.根據權利要求1～10任一項所述的一種多功能服務航天器及其構型，其特征在于，所述儀器艙(2)內部裝有夾緊分離裝置(206)，此夾緊分離裝置主體由3根擺桿組成，擺桿前端為半球形，并且上有氣體噴嘴；3根擺桿不工作時呈張開狀，緊貼密封艙內壁，工作時3根擺桿向中心同步轉動，直至前端半球形夾緊返回艙；返回艙彈射時，3根擺桿卸載夾緊力，噴嘴同時噴出高壓氣體，將小型返回艙彈射出去。

技術總結
本發(fā)明提供了一種多功能服務航天器構型。該多功能服務航天器由動力艙和儀器艙組成，配置有機械臂、工具箱、推進劑補加裝置、航天器對接停靠機構等主要裝備。該多功能服務航天器采用特殊內外雙承力筒構型：上部的儀器艙采用一種密封型的中心承力筒構型；下部的動力艙以外承力筒為主傳力結構，與儀器艙中心承力筒通過一段截錐相連，同時內部還有一密封型內承力筒，與儀器艙中心承力筒一起形成一個密封空間。該多功能服務航天器長期在軌，根據需求進行軌道機動，主要用于提供包括貨物運輸、軌道維持、維修維護、推進劑補給等在軌服務。

技術研發(fā)人員：朱俊杰,王葉奔儒,柴煜,嚴晨,姜策,歐陽文,朱虹,吳建桔,靳宗向,劉魯江
受保護的技術使用者：上海宇航系統(tǒng)工程研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21