一种舱外可更换电子设备的定位锁固装置的制作方法

本发明涉及航天器舱外维护领域，尤其涉及一种舱外可更换电子设备的定位锁固装置。

背景技术：

随着空间技术的迅速发展，人类开发空间、利用空间的步伐越来越快，航天系统越来越复杂，规模也越来越大。由于航天任务高成本、高风险、重量限制的特点，一旦不能入轨或入轨后发生严重故障，将导致巨大损失。我国的空间站设计寿命为15年，在轨维修是实现空间站长寿命和进一步延寿的必要手段。在轨维修的基本策略为在轨更换故障设备，即：发现故障设备、将故障设备功能切换到备份设备、拆下故障设备、将备用设备替换故障设备、启动更换的备用设备。实现故障设备的舱外更换是在轨维修实施的前提，是航天器急需突破的关键技术之一。

航天员出舱的时间非常宝贵，故在轨维修时间越短越好。现有的舱外可更换的电子设备整机一般有多个安装螺钉。航天员出舱后首先需要拆除旧设备，插装新设备，并对多个螺钉各拆、装一遍，这对于地面操作人员来说或许非常轻松简单，但是作为航天员完成这样看似非常简单的操作实际上具有很大困难：其一是考虑到航天员需要穿着厚重的宇航服进行操作，视野受到限制、双手及四肢关节的运动范围受到极大的限制、且处于失重状态，更换设备操作十分困难；其二由于航天器设备在太空中受到太阳照射时的温度可达100摄氏度，而在阳光照射不到时温度可达零下100摄氏度，若不加温度控制，一般的设备都将无法正常运行，故必须在舱外电子设备外部设计有隔热罩；隔热罩一般通过采用多达十几层的隔热材料进行包裹设计，包裹完隔热罩的舱外设备臃肿，进一步影响航天员的操作，使航天员进行舱外更换时更加困难；其三是航天器在太空中，设备处于失重状态，宇航员进行设备维修更换时，实际上宇航员只有一只手把持住待更换的设备，另一只手还需要把持仓壁以免飘走，在原本就受到极大行动限制的情况下，更加的困难；四是受宇航服携带的生命维护资源的限制，宇航员出舱后的持续时间是非常有限的，仅有1.5小时左右，故实现舱外可更换电子设备本体的快速定位保持，快速安装，是现在迫切需要解决的技术问题。

对于这种具有较大体积(一般长大数十公分)的舱外电子设备，只有利用一只手将其快速定位，才能腾出手来进行紧固和插接操作。因此，在太空失重状况下，实现最快捷的定位锁固作业，是舱外维修成功的关键。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种舱外在轨更换设备的定位锁固装置，可以实现航天器舱外设备的维修、更换时的快速定位及锁固，解放航天员的双手，缩短舱外设备更换的时间。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种舱外可更换电子设备的定位锁固装置，包括：舱外可更换电子设备本体、舱板安装支架；所述舱板安装支架固定在航天器外壁上；所述舱外可更换电子设备本体的两侧设有凸耳；其特征在于：

所述舱外可更换电子设备本体设有第一定位机构和第二定位机构；

所述第一定位机构包括设置在所述凸耳上的第一定位孔和设置在所述舱板安装支架上的第一定位销，所述第一定位销上分粗、精两级区域；

所述第二定位机构包括设置在所述凸耳上的第二定位孔和设置在所述舱板安装支架上的第二定位销；

所述舱外可更换电子设备本体还设有至少一个保持机构，所述保持机构包括设置在所述凸耳上的簧片、簧片支架和设置在所述舱板安装支架上的保持销；所述簧片固定在所述簧片支架上，所述凸耳上设有与所述保持销相适配的销孔。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述凸耳上设置有至少1个松不脱螺钉，所述舱板安装支架上对应所述松不脱螺钉的位置设有固定螺纹孔；

优选地，所述第一定位机构和所述第二定位机构设置于所述舱外可更换电子设备本体同侧的凸耳上。

优选地，所述第一定位销为菱形销，所述第二定位销为圆柱销。

优选地，所述第一定位销和所述第二定位销本体为蓝、黄、红等醒目的颜色。

优选地，所述第一定位销和所述第二定位销表面设有指示色环，用于指示舱外可更换电子设备本体是否定位到位；所述指示色环的颜色为蓝、黄、红等醒目的颜色或金属原色，其与所述第一定位销和所述第二定位销本体的颜色不同。

优选地，所述保持销圆周外侧设有凹槽。

优选地，所述簧片的材质为铍青铜。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

对舱外可更换电子设备本体更换时，通过具有粗、精两级定位功能的第一定位销实现快速定位，通过第二定位销实现精确定位，通过保持机构使舱外可更换电子设备本体在完全锁固之前能保持在在安装位置，避免了失重状态下需要宇航员一只手维持在定位位置，解放了宇航员的双手，提高了舱外作业效率。在太空失重状态下，组件不受重力的影响，甚至可以无需再固定松不脱螺丝，仅靠所述保持机构即可实现更换件的固定工作，大大缩短了舱外维护的时间。

本发明还提供了一种航天员舱外更换设备的方法，具体步骤如下：

s01将待更换的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上；

s02拆除旧的舱外可更换电子设备本体及连接在本体上的电连接插头；

s03将旧的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上；

s04脱开待更换的舱外可更换电子设备本体；

s05调整定位待更换的舱外可更换电子设备本体；使设置在凸耳上的第一定位孔穿过设置在舱板安装支架上的第一定位销，实现待更换的舱外可更换电子设备本体的粗定位；继续调整待更换的舱外可更换电子设备本体的位置，使设置在凸耳上的第二定位孔穿过设置在舱板安装支架上的第二定位销，实现对待更换的舱外可更换电子设备本体的精定位；通过保持机构锁固待更换的舱外可更换电子设备本体的位置；航天员通过使待更换的舱外可更换电子设备本体与航天器进行相对靠近的运动，使设置在待更换的舱外可更换电子设备本体上的簧片卡入设置在舱板安装支架上的保持销上，实现保持机构对舱外可更换电子设备本体的锁固。

s06确定待更换的舱外可更换电子设备本体定位到位；航天员通过观察第一定位销及第二定位销指示色环的露出情况，判断待更换的舱外可更换电子设备本体是否定位到位。

s07完全固定待更换的舱外可更换电子设备本体；航天员固定所有的松不脱螺钉，实现对待更换的舱外可更换电子设备本体的完全锁固；插接所有电连接插头，实现电子设备的完全替换；

s08结束。

本方法可以在太空失重状态下实现对可更换件的快速定位和固定，提高了航天员的工作效率。

附图说明

图1为本发明的装置中的舱外可更换电子设备的立体示意图；

图2为本发明的装置中的舱板安装支架布局示意图；

图3为本发明的装置的正视图；

图4为本发明的装置中的保持机构结构示意图；

图5为本发明的装置中的第一定位销的结构图；

图6为本发明的一种航天员舱外更换设备的方法流程图；

在附图中，各标号所表示的部件或步骤的名称列表如下：

1——舱外可更换电子设备本体，2——舱板安装支架，3——凸耳，4——第一定位机构，5——第二定位机构，6——保持机构，7——松不脱螺钉，

421——第一定位销粗定位区域，

422——第一定位销精定位区域，

423——第一定位销指示色环，

61——簧片，

62——簧片支架，

63——保持销，

6a——保持机构a，

6b——保持机构b，

s01——将待更换的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上，

s02——拆除旧的舱外可更换电子设备本体及连接在本体上的电连接插头，

s03——将旧的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上，

s04——脱开待更换的舱外可更换电子设备本体，

s05——调整定位待更换的舱外可更换电子设备本体，通过保持机构锁固待更换的舱外可更换电子设备本体的位置，

s06——确定待更换的舱外可更换电子设备本体定位到位，

s07——完全固定待更换的舱外可更换电子设备本体，插接所有电连接插头，

s08——结束。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1-5所示，所述舱外可更换电子设备的定位锁固装置包括：舱外可更换电子设备本体1、舱板安装支架2；所述舱板安装支架2固定在航天器外壁上；所述舱外可更换电子设备本体1的两侧设有凸耳3，所述凸耳3上设置有10个松不脱螺钉7，首次发射升空时，所述舱外可更换电子设备本体1通过所述松不脱螺钉7与所述舱板安装支架2固定连接；

所述舱外可更换电子设备本体1设有第一定位机构4和第二定位机构5；

所述第一定位机构4和第二定位机构5设置于所述舱外可更换电子设备本体同侧的凸耳3上；

所述第一定位机构4包括设置在所述凸耳3上的第一定位孔和设置在所述舱板安装支架上的第一定位销，如图5所示，所述第一定位销本体分为粗定位区域421和精定位区域422；

所述第二定位机构5包括设置在所述凸耳上的第二定位孔和设置在所述舱板安装支架上的第二定位销；

所述第一定位销为菱形销，第二定位销为圆柱销，两者结合避免了对舱外可更换电子设备的过定位，可以防止定位销与定位孔卡死的情况。

所述舱外可更换电子设备本体设有保持机构6a和保持机构6b，保持机构6a和保持机构6b分设于所述舱外可更换电子设备本体两侧的凸耳3上；所述保持机构6a和保持机构6b包括设置在所述凸耳3上的簧片61、簧片支架62和设置在所述舱板安装支架上的保持销63；所述簧片61固定在所述簧片支架62上，所述簧片支架62固定在凸耳3上，所述凸耳3上设有与所述保持销63相适配的销孔。

优选地，所述第一定位销和所述第二定位销本体通过表面氧化处理为亮蓝色。

优选地，所述第一定位销和所述第二定位销表面设有指示色环423，所述指示色环不经表面氧化处理，保持金属原色，宇航员可以通过观察指示色环423的露出情况判断舱外可更换电子设备本体是否定位到位。

由于航天器在轨运行期间，温度会在-100℃到100℃之间反复波动，会加速弹性元件的失效，为了进一步提升保持机构6的保持力度和牢固度，优选地，在所述保持销63圆周外侧设凹槽64，所述簧片61正常工作时卡接在所述凹槽64处，所述簧片61若要脱离保持销63，除要克服簧片61与保持销63之间的摩擦力之外，还需克服簧片在保持销63头部时的弹力，进而可以更牢固的固定住舱外可更换电子设备。

优选地，所述簧片61的材质为铍青铜。

航天员出舱对舱外可更换电子设备本体进行更换时步骤如下：

s01将待更换的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上，防止其飘走；

s02拆除旧的舱外可更换电子设备本体及连接在本体上的电连接插头；将旧的舱外可更换电子设备上的电连接插头全部解除，松开旧的舱外可更换电子设备本体上所有的松不脱螺钉，使舱外可更换电子设备本体和航天器做相对远离的运动，解除保持机构的保持功能，实现对旧的舱外可更换电子设备本体拆除；

s03将旧的舱外可更换电子设备本体临时固定在航天器上，防止其飘走；

s04脱开待更换的舱外可更换电子设备本体，准备安装；

s05调整定位待更换的舱外可更换电子设备本体；使设置在凸耳上的第一定位孔穿过设置在舱板安装支架上的第一定位销，实现待更换的舱外可更换电子设备本体的粗定位；继续调整待更换的舱外可更换电子设备本体的位置，使设置在凸耳上的第二定位孔穿过设置在舱板安装支架上的第二定位销，实现对待更换的舱外可更换电子设备本体的精定位；通过保持机构锁固待更换的舱外可更换电子设备本体的位置；航天员通过使待更换的舱外可更换电子设备本体与航天器进行相对靠近的运动，使设置在待更换的舱外可更换电子设备本体上的簧片卡入设置在舱板安装支架上的保持销上，实现保持机构对待更换的舱外可更换电子设备本体的锁固。

s06确定待更换的舱外可更换电子设备本体定位到位；航天员通过观察第一定位销及第二定位销指示色环的露出情况，判断待更换的舱外可更换电子设备本体是否定位到位。

s07完全固定待更换的舱外可更换电子设备本体，航天员固定所有的松不脱螺钉，实现对待更换的舱外可更换电子设备本体的完全锁固。

s08结束。

本发明的舱外可更换电子设备的定位锁固装置，由于第一定位销设置为鲜艳的颜色，容易识别，且第一定位销进一步设置为粗、精两级，更容易进行定位操作。

另外，航天器及舱外可更换电子设备本体均处于失重状态，故无论舱外可更换电子设备本体处于航天器的哪个位置，锁固机构均无需克服舱外可更换电子设备本体的重量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。