一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构的制作方法

本发明属于航天器系统组装对接，尤其是涉及一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构。

背景技术：

1、月球科研站及月面基地建设是未来航天发展的重要任务，各组成舱段需配备对接接口，组装对接完成月球科研试验站建设，并可逐步扩充及完善，因此，月面组装对接是月球科研试验站建设的关键基础技术。如何在月面上实现航天器舱段的组装对接，满足航天器舱间人员、物资等交互需求，是未来月球科研站长期有序运转极具挑战性且具有非常重要价值的研究课题，至少存在以下难点：

2、（1）月面地形条件复杂，对接高差大。月面存在着斜坡地形以及凸起或凹坑等崎岖地貌，在舱体连接过程中，地形的高低起伏给机构设计带来了很大难度。（2）重复展收及连接分离技术难度大。受舱体支撑布局影响，两舱对接接口难以相互贴近，需要建立两舱之间的大跨度通道。而大跨度机构的反复展开、收拢，受重力载荷作用发生变形影响，对精准对接及收拢复位造成了很大困难。（3）承载能力要求高。舱体组装对接通道在月面重力条件下，需承受展收过程的大载荷重力弯矩。完成连接后，通道作为舱体连接桥梁，还要求承受人员、物资的通过载荷。而现有在轨展开机构，均为零重力工作条件，受载较小。（4）月面环境适应性需求。两舱对接建立通道后，面临着月面真空、高低温交变等极端环境，不仅需建立舱体之间的可靠机械连接，还需要具备密封功能，防止内部空气泄露。（5）自主控制需求。为保障宇航员安全，需能在自主控制模式下、无需宇航员舱外活动，即可自主控制完成通道连接及分离等任务。

3、根据上述需求分析情况，月面组装对接需具备月面大容差对接、重复指向展收、大承载及密封防护能力，系统复杂，技术难度大。对此，国内外现有的技术均无法满足月面组装对接需求。例如近地轨道应用的航天器在轨对接技术，可以应用于零重力环境，但无法满足低重力、复杂地形地貌下的重复对接需求；现有的航天器大型伸展机构，一般是在轨零重力一次性展开，无法再收拢，不能重复使用，并且承载能力弱；地面架桥技术虽然可以实现两舱段的连接，满足两舱对接跨度需求，但存在设备体积重量过大，难以密封等问题；用于飞机停靠的对接廊桥，受地形条件限制，也无法满足月面组装对接需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，采用铰接式可重复展收伸展臂实现大跨度展开及承载，具备大高差、姿态偏离下的对接能力，并采用柔性密封蒙皮实现随动伸展，可解决月面舱段的大容差、可重复、大承载、防泄漏等技术难题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，包括廊桥通道、对接装置、压紧释放装置和密封蒙皮，廊桥通道的一端连接至舱体，廊桥通道的另一端安装压紧释放装置，且压紧释放装置的一端连接至实施物体的连接面，廊桥通道的外围包裹密封蒙皮。

4、进一步的，所述廊桥通道包括多个隔框，且多个隔框相互平行设置，两两隔框之间设置剪叉装置，且剪叉装置是两两隔框的支撑结构。

5、进一步的，所述两两隔框之间设置踏板，且踏板为可收纳结构，踏板的两端分别铰接至一个隔框的一端。

6、进一步的，所述廊桥通道还包括俯仰驱动轴，且俯仰驱动轴的一端铰接至一个隔框的一侧，俯仰驱动轴的另一端铰接至舱体的一侧。

7、进一步的，所述每个隔框上均设有滑孔，且滑孔是长孔，剪叉装置包括第一支杆和第二支杆，且第一支杆中部和第二支杆中部分别转动套接至轴销外围，第一支杆的一端铰接至上游隔框的一侧，第一支杆的另一端滑动连接至下游隔框的滑孔内，第二支杆的一端滑动连接至上游隔框的滑孔内，第二支杆的另一端铰接至下游隔框的一侧。

8、进一步的，所述廊桥通道还包括展开驱动轴，展开驱动轴包括动力电机、丝杠和螺母，螺母的外围固定连接至第一支杆的活动端、第二支杆的活动端，丝杠的外围螺纹连接至螺母内，且丝杠的一端固定连接至动力电机的传动轴，动力电机的外围固定连接至隔框上。

9、进一步的，所述对接装置，包括安装座、多件对接臂杆和动平台隔框，安装座固定安装至远离舱体的隔框的一端，安装座通过多件对接臂杆连接至动平台隔框上，且动平台隔框连接至实施物体的连接面。

10、进一步的，所述动平台隔框上安装有导向板，用于与需对接的实施物体的连接面配合以校正姿态。

11、进一步的，所述压紧释放装置包括件电机卷筒、导向绳轮和绳索，电机卷筒固定安装至舱体的一侧，导向绳轮固定安装至动平台隔框或安装座上，绳索的一端固定连接至舱体或电机卷筒外围，绳索的另一端沿导向绳轮外围延伸后固定连接至电机卷筒的旋转端。

12、进一步的，所述隔框的一端设有对位槽，隔框的另一端设有对位柱，相邻的隔框通过定位柱外围自适应的对位至对位槽内实现收拢定位。

13、进一步的，所述自适应对位结构时定位槽为锥形槽，定位柱为锥形柱。

14、相对于现有技术，本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构具有以下有益效果：

15、（1）本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥通道能够大角度俯仰伸展，无需校正两舱姿态仍能实现组装对接，不受地面凸起或凹坑的影响，可解决月面不确定的高低起伏地形下的大容差精准对接问题。

16、（2）本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥通道由多件隔框及4组剪叉装置共同承载，能够克服重力弯矩作用顺利实现大跨度廊桥机构的伸展及俯仰，廊桥机构无需地面的额外支撑，还能够承受通道连接后人员、物资的通过载荷，承载能力强。

17、（3）本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥通道长度由剪叉装置的伸缩量进行控制，具备伸展长度大，可重复伸缩的特性，通道跨度可调整，可以满足两舱之间的大跨度重复连接分离需求。

18、（4）本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥主体安装在其中一个舱段的侧壁，另一舱段的连接接口组成简单，有利于被对接舱体的轻量化设计。

19、（5）本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥机构的伸展、对接、密封、分离、收拢等过程，都在自主控制下驱动电机完成，无需宇航员舱外活动，减少了宇航员空间暴露的风险。

技术特征：

1.一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：包括廊桥通道(100)、对接装置(200)、压紧释放装置(300)和密封蒙皮(400)，廊桥通道(100)的一端连接至舱体，廊桥通道(100)的另一端安装压紧释放装置(300)，且压紧释放装置(300)的一端连接至实施物体(500)的连接面，廊桥通道(100)的外围包裹密封蒙皮(400)，廊桥通道(100)的长度能够伸缩，且廊桥通道(100)远离舱体(600)的一端能够相对廊桥通道(100)靠近舱体(600)的一端摆动。

2.根据权利要求1所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：廊桥通道(100)包括多个隔框(103)，且多个隔框(103)相互平行设置，两两隔框(103)之间设置剪叉装置(104)，且剪叉装置(104)是两两隔框(103)的支撑结构。

3.根据权利要求2所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：两两隔框(103)之间设置踏板(105)，且踏板(105)为可收纳结构，踏板(105)的两端分别铰接至一个隔框的一端。

4.根据权利要求2所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：廊桥通道(100)还包括俯仰驱动轴(102)，且俯仰驱动轴(102)的一端铰接至一个隔框(103)的一侧，俯仰驱动轴(102)的另一端铰接至舱体(600)的一侧。

5.根据权利要求2所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：每个隔框(103)上均设有滑孔，且滑孔是长孔，剪叉装置(104)包括第一支杆和第二支杆，且第一支杆中部和第二支杆中部分别转动套接至轴销外围，第一支杆的一端铰接至上游隔框(103)的一侧，第一支杆的另一端滑动连接至下游隔框(103)的滑孔内，第二支杆的一端滑动连接至上游隔框(103)的滑孔内，第二支杆的另一端铰接至下游隔框(103)的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：廊桥通道(100)还包括展开驱动轴(101)，展开驱动轴(101)包括动力电机、丝杠和螺母，螺母的外围固定连接至第一支杆的活动端、第二支杆的活动端，丝杠的外围螺纹连接至螺母内，且丝杠的一端固定连接至动力电机的传动轴，动力电机的外围固定连接至隔框上。

7.根据权利要求2所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：对接装置(200)包括安装座(201)、多件对接臂杆(202)和动平台隔框(203)，安装座(201)固定安装至远离舱体(600)的隔框(103)的一端，安装座(201)通过多件对接臂杆(202)连接至动平台隔框(203)上，且动平台隔框(203)连接至实施物体(500)的连接面。

8.根据权利要求7所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：动平台隔框(203)上安装有导向板，导向板用于与需对接的实施物体(500)的连接面配合以校正姿态。

9.根据权利要求7所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：压紧释放装置(300)包括件电机卷筒(301)、导向绳轮(302)和绳索(303)，电机卷筒(301)固定安装至舱体的一侧，导向绳轮(302)固定安装至动平台隔框(203)或安装座(201)上，绳索(303)的一端固定连接至舱体(600)或电机卷筒(301)外围，绳索(303)的另一端沿导向绳轮(302)外围延伸后固定连接至电机卷筒(301)的旋转端。

10.根据权利要求2所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，其特征在于：隔框(103)的一端设有对位槽，隔框(103)的另一端设有对位柱，相邻的隔框(103)通过定位柱外围自适应的对位至对位槽内实现收拢定位。

技术总结
本发明提供了一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，包括廊桥通道、对接装置、压紧释放装置和密封蒙皮，廊桥通道的一端连接至舱体，廊桥通道的另一端安装压紧释放装置，且压紧释放装置的一端连接至实施物体的连接面，廊桥通道的外围包裹密封蒙皮。本发明所述的一种用于月面舱段组装对接的大跨度重复展收廊桥机构，廊桥通道能够大角度俯仰伸展，无需校正两舱姿态仍能实现组装对接，不受地面凸起或凹坑的影响，可解决月面不确定的高低起伏地形下的大容差精准对接问题。

技术研发人员：刘卫,戴广永,胡晓光,付建宏
受保护的技术使用者：天津航天机电设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15