【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于载人航天器总体设计，涉及一种空间站扩展暴露实验平台。
技术介绍
1、开展大规模的空间科学实验和技术试验是空间站的重要任务。空间站体积大、暴露面积广、在轨飞行时间长，且具备机械臂舱外操作能力，是开展大规模空间暴露实验的理想平台。空间站舱外暴露面需安装热控辐射器、各类天线和敏感器、太阳翼、推进发动机、管路、电缆等平台部件，同时受发射时运载火箭包络约束，限制了可用于暴露载荷开展实验的暴露面积。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间站扩展暴露实验平台，解决空间站用于暴露实验的暴露面积不足问题，支持更大规模的暴露载荷在轨开展暴露实验。
2、本专利技术解决技术的方案是：
3、一种空间站扩展暴露实验平台，包括箱式主体、平台停靠装置主动端、机械臂适配器、载荷适配器被动端、载荷靶标和载荷对接装置被动端；外部待挂接载荷包括大型暴露载荷和标准暴露载荷；大型暴露载荷上设置有载荷对接装置主动端；
4、箱式主体为水平放置的长方体箱体结构；平台停靠装置主动端布置在箱式主体前面，与安装在空间站舱壁外侧的外部平台停靠装置被动端相配合，实现主动端和被动端的自动捕获和锁紧；机械臂适配器布置在箱式主体后面，作为扩展暴露实验平台与空间站机械臂的接口设备；载荷适配器被动端布置在箱式主体上面和下面，用于在轨挂接标准暴露载荷；载荷靶标布置在箱式主体上面和下面，与载荷适配器被动端一一对应，配合机械臂末端的载荷相机实现机械臂操作标准暴露载荷过
5、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，所述箱式主体包括箱式结构、核心管理单元、交换机、配电器、流体回路、热控包覆、加热器、平台停靠装置主动端控制器；
6、其中，箱式结构由结构梁和铝蜂窝板组成；结构梁形成长方体框架，是整个扩展暴露实验平台的主承力结构；结构梁六个面均安装铝蜂窝板，内部安装核心管理单元、交换机、配电器、平台停靠装置主动端控制器，外部安装平台停靠装置主动端、机械臂适配器、载荷适配器被动端、载荷靶标、载荷对接装置被动端；安装平台停靠装置主动端、机械臂适配器、载荷对接装置被动端的结构梁上均设置加强法兰；
7、核心管理单元是扩展暴露实验平台的控制中枢，具有1553b总线通信功能，支持两级1553b总线操作；核心管理单元接收或转发来自空间站试验管理单元的1553b总线指令或注入数据，对暴露实验平台其他设备和暴露载荷进行控制，并可作为暴露实验平台其他设备和暴露载荷进行状态监测，采集遥测数据，进行处理并通过1553b总线送空间站试验管理单元；
8、交换机提供标准的以太网接口，具有暴露载荷天地上下行实验数据的交换功能；暴露载荷接入交换机，交换机接入空间站载荷网骨干交换机，实现暴露载荷与空间站载荷网互联互通，同时通过天地数传链路实现与地面网络之间的通信；
9、配电器接收来自空间站母线控制单元的供电输入，并实现扩展暴露实验平台用电负载的配电控制功能；配电器同时具有通过1553b总线接收、执行指令和采集、上传参数的功能，还具备输入过压、过流和输出过压、过流保护功能；
10、流体回路是扩展暴露实验平台的主动热控措施，提供暴露载荷散热支持；流体回路包括管路、四通阀、膨胀器、传感器和工质；流体回路通过平台停靠装置连接至空间站舱外载荷流体回路，其内部工质在空间站舱外载荷流体回路泵的驱动下流动循环，对扩展暴露实验平台主动控温；流体回路在每个载荷适配器被动端和载荷对接装置被动端处都设置四通阀，载荷适配器被动端和载荷对接装置被动端处安装暴露载荷后，通过核心管理单元发送指令使四通阀接通暴露载荷，对暴露载荷进行散热支持；膨胀器用于补偿流体回路中工质温度变化造成的体积变化；传感器监视流体回路内工质压力和温度情况，用于判断流体回路是否泄漏或控温是否正常；
11、热控包覆是扩展暴露实验平台的被动热控措施，采用多层隔热材料包覆在箱式主体外表面，并在最外侧暴露在外空间区域包覆防原子氧布；
12、加热器粘贴在扩展暴露实验平台各设备以及铝蜂窝板上，接收来自配电器供电，采用温度继电器形式对扩展暴露实验平台进行主动加热控制；
13、平台停靠装置主动端控制器通过1553b总线与机械臂通信，接收机械臂供电，在机械臂控制指令作用下，驱动对接锁系运动实现与平台停靠装置被动端锁紧或解锁，并采集平台停靠装置主动端上各传感器信号，转发给机械臂下行地面。
14、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，所述平台停靠装置主动端上配置对接相机，具体布置在平台停靠装置主动端侧壁；对接相机光轴与平台停靠装置被动端靶标中心轴同轴，用于拍摄机械臂安装扩展暴露实验平台过程中主动端和被动端之间的相对位姿图像，并将图像通过lvds接口传输至机械臂，由机械臂解算出主动端和被动端之间相对位姿数据，用于机械臂运动闭环控制。
15、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，所述空间站机械臂末端抓取机械臂适配器实现对扩展暴露实验平台的操作，并实现机械臂与扩展暴露实验平台间供电、1553b总线、lvds接口的接通。
16、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，所述载荷适配器被动端与安装在标准暴露载荷上的载荷适配器主动端相配合，实现主动端对被动端的自动捕获和锁紧；并在锁紧过程中同步实现主动端和被动端之间的线缆浮动断接器和流体管路浮动断接器的插合。
17、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，所述载荷对接装置被动端与安装在大型暴露载荷上的载荷对接装置主动端相配合，实现主动端对被动端的自动捕获和锁紧；并在锁紧过程中同步实现主动端和被动端之间的线缆浮动断接器和流体管路浮动断接器的插合；载荷对接装置被动端配置机械臂对接相机靶标，配合载荷对接装置主动端上的机械臂对接相机实现机械臂操作大型暴露载荷过程中载荷对接装置主动端与载荷对接装置被动端相对位姿测量和运动闭环控制。
18、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，空间站扩展暴露实验平台在轨部署过程为：
19、扩展暴露实验平台安装在开放式货运飞船货舱内发射上行，货运飞船与空间站对接形成组合体后，空间站机械臂抓取扩展暴露实验平台上的机械臂适配器，货运飞船解锁与扩展暴露实验平台之间的上行固定支架，空间站机械臂对扩展暴露实验平台供电、测控接口接通，空间站机械臂将扩展暴露实验平台从货运飞船货舱内取出并转运至空间站舱外扩展暴露实验平台停靠装置被动端处，扩展暴露实验平台停靠装置主动端捕获平台停靠装置被动端并锁紧；空间站机械臂对扩展暴露实验平台供电、测控接口断开；空间站机械臂释放扩展暴露实验平台，空间站对扩展暴露实验平台供电、测控、热控流体回路接通，扩展暴露实验平台开始主动热控控制。
20、在上述的一种空间站扩展暴露实验平台，空间站扩展暴露实验平台针对标准暴露载荷和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：包括箱式主体(1)、平台停靠装置主动端(2)、机械臂适配器(3)、载荷适配器被动端(4)、载荷靶标(5)和载荷对接装置被动端(6)；外部待挂接载荷包括大型暴露载荷(7)和标准暴露载荷(8)；大型暴露载荷(7)上设置有载荷对接装置主动端(10)；
2.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述箱式主体(1)包括箱式结构、核心管理单元、交换机、配电器、流体回路、热控包覆、加热器、平台停靠装置主动端控制器；
3.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述平台停靠装置主动端(2)上配置对接相机，具体布置在平台停靠装置主动端(2)侧壁；对接相机光轴与平台停靠装置被动端(9)靶标中心轴同轴，用于拍摄机械臂安装扩展暴露实验平台过程中主动端和被动端之间的相对位姿图像，并将图像通过LVDS接口传输至机械臂，由机械臂解算出主动端和被动端之间相对位姿数据，用于机械臂运动闭环控制。
4.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述空间站机械臂末端抓取机械臂适配器
5.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述载荷适配器被动端(4)与安装在标准暴露载荷(8)上的载荷适配器主动端相配合，实现主动端对被动端的自动捕获和锁紧；并在锁紧过程中同步实现主动端和被动端之间的线缆浮动断接器和流体管路浮动断接器的插合。
6.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述载荷对接装置被动端(6)与安装在大型暴露载荷(7)上的载荷对接装置主动端(10)相配合，实现主动端对被动端的自动捕获和锁紧；并在锁紧过程中同步实现主动端和被动端之间的线缆浮动断接器和流体管路浮动断接器的插合；载荷对接装置被动端(6)配置机械臂对接相机靶标，配合载荷对接装置主动端(10)上的机械臂对接相机实现机械臂操作大型暴露载荷(7)过程中载荷对接装置主动端(10)与载荷对接装置被动端(6)相对位姿测量和运动闭环控制。
7.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：空间站扩展暴露实验平台在轨部署过程为：
8.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：空间站扩展暴露实验平台针对标准暴露载荷(8)和大型暴露载荷(7)设计了2种使用过程。
9.根据权利要求8所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：空间站扩展暴露实验平台针对标准暴露载荷(8)的使用过程为：
10.根据权利要求8所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：空间站扩展暴露实验平台针对大型暴露载荷(7)的使用过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：包括箱式主体(1)、平台停靠装置主动端(2)、机械臂适配器(3)、载荷适配器被动端(4)、载荷靶标(5)和载荷对接装置被动端(6)；外部待挂接载荷包括大型暴露载荷(7)和标准暴露载荷(8)；大型暴露载荷(7)上设置有载荷对接装置主动端(10)；
2.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述箱式主体(1)包括箱式结构、核心管理单元、交换机、配电器、流体回路、热控包覆、加热器、平台停靠装置主动端控制器；
3.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述平台停靠装置主动端(2)上配置对接相机，具体布置在平台停靠装置主动端(2)侧壁；对接相机光轴与平台停靠装置被动端(9)靶标中心轴同轴，用于拍摄机械臂安装扩展暴露实验平台过程中主动端和被动端之间的相对位姿图像，并将图像通过lvds接口传输至机械臂，由机械臂解算出主动端和被动端之间相对位姿数据，用于机械臂运动闭环控制。
4.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述空间站机械臂末端抓取机械臂适配器(3)实现对扩展暴露实验平台的操作，并实现机械臂与扩展暴露实验平台间供电、1553b总线、lvds接口的接通。
5.根据权利要求1所述的一种空间站扩展暴露实验平台，其特征在于：所述载荷适配器被动端(4)与安装在标准...
【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，罗文成，潘平，蒋冀，丁锐，安美珍，张峤，张健，商帅，杜占超，张宇光，李立凌，王正义，郑昊，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：
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