在轨可更换模块搭载适配器接口装置、适配方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在轨分离技术领域，尤其涉及一种航天器在轨可更换模块搭载适配器接口装置及适配方法，用于航天器搭载适配器的模块搭载发射、模块在轨弹射分离；
[0002]本发明同时提供一种用于在轨适配器释放模块模拟验证系统。
【背景技术】
[0003]模块化航天器应用后，为完成在轨组装及更换任务，如何将模块发射进入太空便成为需要解决的重点问题，若每发射一个模块要安排一次发射任务将会造成巨额的浪费。传统的运载火箭一箭多星的发射模式搭载接口通用性差，发射卫星的种类受到严格限制。而模块种类多样，需求的不同导致了每次搭载的模块不同。因此具有灵活性、普遍适应性的搭载方式才能受到用户的欢迎，赢得未来卫星的发射市场。
[0004]在美国的快速响应计划中，存在着三种这样的平台ω[2]:美国空军的EELV次级有效载荷适配器环(EELV Secondary Payload Adapter，ESPA) ;NASA的多样有效载荷释放器(Multiple Payload Ejector, MPE) ；SAT 的搭乘适配器(RideShare Adapter，RSA)。它们安装在火箭适配器与发射主卫星之间，利用剩余空间装配多个功能不同的组件发射进入太空。
[0005]搭载适配器携带模块进入太空，是基于在轨服务概念的具体应用。当火箭发射进入预定轨道高度后，主卫星与搭载适配器一起与火箭分离，进行轨道机动。再次接收到地面分离指令后，搭载适配器与主卫星分离。分离完成后，搭载适配器进行自由飞行或遥控变轨，最后接收指令将模块发射进入太空。搭载适配器将模块发射进入太空后，航天员或者服务航天器能够利用模块，通过模块更换、模块组装改善提高航天器的性能。是对航天器进行升级、维修的必要前期环节。
[0006]气浮轴承是依靠压缩空气释放后，在气浮轴承和气浮台之间形成一个气膜，使平移气浮轴承浮起来。近似的实现无摩擦的相对运动，用来仿真太空中所受干扰力矩很小的力学环境[3]。对于进行卫星的实物仿真具有十分重要的作用，可为在轨释放分离技术、交会对接机构分离技术提供地面试验技术支撑。
[0007]平移气浮轴承的应用，能够模拟搭载适配器释放模块后两者之间在平面内的相对运动关系，从而验证释放分离速度及分离安全性问题；三轴气浮轴承的应用，能够模拟搭载适配器释放模块后的姿态变换，求解、辨识自身质量特性参数，验证搭载适配器姿态稳定性。而目前国内对搭载适配器在轴承上的应用验证研究少。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对上述技术存在的缺陷，提供一种在轨可更换模块搭载适配器、适配方法，同时还提供了用于在轨适配器释放模块模拟验证系统，实现模块与搭载适配器的快速组装集成，并能够在轨自主分离。
[0009]在轨可更换模块搭载适配器接口装置，包括相互对接的第一面板和第二面板，在所述第一面板的后侧设有弹射装置，所述弹射装置的头部穿过所述第一面板，所述第一面板和第二面板通过导向定位连接装置、锁定连接装置和数据接口装置对接。
[0010]所述导向定位连接装置包括相互对位连接并设置在第一面板和第二面板之一的探针和锥形筒，其中所述锥形筒包括锥形段和位于锥形段的细径端的直筒段，所述探针适配进入所述直筒段实现定位连接。
[0011]所述锁定连接装置包括相互对位连接并设置在第一面板和第二面板之一的圆柱凸轮和圆柱筒，其中所述圆柱凸轮适配连接在所述圆柱筒中，圆柱凸轮上设有沿着圆柱凸轮的顶部向底部过渡的凸轮槽，圆柱筒的内部设有可适配进入凸轮槽中的滚子，所述圆柱凸轮和所述圆柱筒之一可旋转，以使圆柱筒内部的滚子可适配滑入凸轮槽的底部。
[0012]进一步的，所述凸轮槽设为梯形形状，在凸轮槽的底部设有锁紧位置。
[0013]所述数据接口装置包括相互对位适配连接并设置在第一面板和第二面板之一的插头和插孔。
[0014]所述弹射装置包括外套筒、分离弹簧、内套筒、调整螺母、顶杆、升降台；所述外套筒固定在升降台上，外套筒、分离弹簧套接，分离弹簧固定在外套筒和内套筒之间；调整螺母固定在内套筒的前端，顶杆通过螺纹连接在调整螺母上，通过调整螺母调整顶杆的伸长量；内套筒、外套筒接合面为滑动面，涂覆固体润滑液。
[0015]分离时，内套筒在弹簧力的作用下向外滑动实现分离。调节螺母可以在一定程度上调节弹簧压紧高度，实现分离力的微调。顶杆采用球头设计，保证弹射分离时搭载适配器与模块之间不存在自由度约束。
[0016]在轨可更换模块搭载适配器的适配方法，包括适配安装方法和适配分离方法，所述适配安装方法包括:通过所述导向定位连接装置进行对位连接并引导定位，将所述数据接口装置对接后，通过锁定连接装置进行锁定；所述适配分离方法包括:通过锁定连接装置解除锁定状态，启动弹射装置穿过所述第一面板并对第二面板施加分离的弹力，使第一面板和第二面板向反方向运动，首先使数据接口装置分离，然后再将导向定位连接装置分离。
[0017]用于在轨适配器释放模块模拟验证系统，包括气浮台、置于气浮台上的至少两个气浮轴承装置、安装在至少其中一个气浮轴承装置上的用于搭载适配器的箱体、安装在至少其中一个气浮轴承装置上的用于与箱体对接的的适配器模块、参数测量系统、图像采集系统、数据终端控制单元，所述箱体与至少一个适配器模块对接，所述箱体与所述适配器模块通过所述在轨可更换模块搭载适配器接口装置进行一一对接，所述图像采集系统、参数测量系统分别通过数据线与数据终端控制单元对接。
[0018]所述气浮轴承装置为三轴气浮轴承或平移气浮轴承，
[0019]所述三轴气浮轴承，包括支撑架、喷气组件、气压组件、电磁阀组件、气瓶、气足、平衡配置组件，所述喷气组件、气压组件、电磁阀组件、气瓶、平衡配置组件安装在支撑架上，所述喷气组件通过气压组件与气瓶连接，所述气足固定在支撑架的底部，所述平衡配置组件安装在支撑架的上部。
[0020]所述平移气浮轴承，包括框架、喷气组件、气压组件、电磁阀组件、气瓶、气足，所述喷气组件、气压组件、电磁阀组件、气瓶安装在框架内部，所述气足安装在框架的底部。
[0021]所述参数测量系统，包括反作用飞轮、三轴速率陀螺和加速度计，以测量分离完成后的角速度和某点的线加速度。
[0022]所述搭载适配器接口装置对接时，两接口面板上的锥型筒锥形段导引探针操作途径，逐步校准两对接接口板，最终进入锥型筒的直筒段；当圆柱筒上的滚子进入圆柱凸轮的曲线沟槽内，圆柱筒活塞探针触发圆柱凸轮上的压点开关，电动机驱动圆柱凸轮旋转，完成对整个机构的锁定；
[0023]当进行自主分离时，电动机驱动圆柱凸轮方向旋转，两个接口板装置解锁分离；在这个过程中电动机同时带动弹射装置的升降台上升；当分离完毕后，在弹簧的带动下，模块被弹射装置弹出，进入空间。
[0024]本发明的有益效果是:
[0025]搭载适配器应用方式灵活，能够利用火箭剩余空间搭载发射，节省成本，且设计的接口装置统一，能够灵活、快速搭载。
[0026]模块接口面板上的圆柱筒/圆柱凸轮结构为电接口连接提供了所需的插拔力，同时也可以固定两对接装置，使一种机构具有多种功能，简化了操作动作、稳定性高。
[0027]弹射装置实现了搭载适配器与火箭、主卫星分离机动变轨后，能够自主将模块分离的能力。且无污染、效率高、稳定性好。
[0028]全物理实物仿真的应用，避免了数字仿真中有些模型错误无法正常识别的缺点，能够直观准确的辨别、确认实际模型的问题。
[0029]避免了某些零件在数字仿真中无法具体描绘，难以建立精确数学模型的缺点。
【附图说明】
[0030]下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0031]图1是本发明所述用于在轨适配器释放模块模拟验证系统的一种实施方案示意图；
[0032]图2是本发明所述用于在轨适配器释放模块模拟验证系统的另一种实施方案示意图；
[0033]图3是气浮轴承装置的结构图；其中图3a是三轴气浮轴承的结构图；图313平移气浮轴承的结构图；
[0