空間非合作目標對接機構(gòu)的研究.pdf

1、空間交會對接技術(shù)是航天領(lǐng)域一項非常重要的技術(shù)，空間站的人員往返、物資補給、維修以及空間營救，失效航天器的捕獲、維修、回收或再利用都離不開此項技術(shù)，我國正在進行的登月計劃也離不開此項技術(shù)。對接按捕獲目標方式的不同，分為合作目標對接和非合作目標對接。合作目標對接由于在目標上安裝有專門設(shè)計的合作標志器(用于相對位姿測量)和對接機構(gòu)，這為目標的捕獲與控制提供了方便。而非合作目標對接，由于目標上沒有專門的合作標志器和對接機構(gòu)，且目標星與追蹤星之間

2、沒有直接的信息交流，這給目標的識別與捕獲帶來困難。但非合作目標對接適應性強、應用范圍廣。國外已在非合作目標對接方面進行了有關(guān)地面和空間試驗研究，我國還處于起步階段。開展非合作目標對接技術(shù)研究具有十分重要的意義。
　　本文以地球同步軌道衛(wèi)星為研究對象，對用于捕獲目標的對接機構(gòu)進行研究。在對各國衛(wèi)星進行大量調(diào)研基礎(chǔ)上，確定了衛(wèi)星遠地點發(fā)動機為非合作目標對接接口。該發(fā)動機的尺寸和形狀通常在一個較窄范圍內(nèi)，且普遍為埋入式錐形結(jié)構(gòu)，形狀上適

3、合識別和抓捕。根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸、形狀、對接初始條件設(shè)計了由三個手指及一個傘形導向阻尼機構(gòu)共同構(gòu)成的對接機構(gòu)。
　　對對接機構(gòu)進行了運動學和動力學分析。在運動學分析方面，根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸和形狀求解出實現(xiàn)對接時機械手手指的運動軌跡，并根據(jù)此軌跡逆向求解出機械手各桿件的尺寸；在動力學分析方面，基于拉格朗日方程的力學分析方法，從系統(tǒng)能量的角度出發(fā)對對接機構(gòu)進行了分析，同時動力學分析也為后繼的仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　對對接機

4、構(gòu)進行了仿真分析，運動學仿真分析演示了空間對接的過程，驗證了方案設(shè)計的正確性，動力學仿真則分析了對接碰撞過程中相互作用力情況以及對接后的逐漸穩(wěn)定的過程，并將得到的分析結(jié)果與基于欠驅(qū)動理論所設(shè)計的對接機構(gòu)進行對比，驗證了該方案的優(yōu)越性。繼而，本文根據(jù)動力學仿真分析得到的各零件受力情況，對各個零件進行了具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化，使其在滿足空間對接要求的條件下，改善了所設(shè)計的對接機構(gòu)的受力情況，使整個機構(gòu)的重量大大降低。最后，對優(yōu)化設(shè)計后的對接機構(gòu)