面向在轨自主操作的可更换装置的制作方法

1.本发明涉及航天飞行器装置技术领域，具体地，涉及一种面向在轨自主操作的模块可更换装置。


背景技术：

2.未来高价值卫星具备在轨可接受服务能力是必然趋势，其中在轨模块更换是在轨的主要模式之一。考虑到后续在轨服务任务主要依赖于空间机械臂完成，在轨可更换单机模块的设计需面向在轨自主操作而设计。模块化设计的关键环节之一是对外接口的标准化设计，现有星上单机种类繁多、接口类型多样，如果为了适应某一特定标准，对所有单机都进行接口改造设计，将面临诸多问题，如整个产品标准体系的变更，生产线的调整等，代价太大，缺乏现实意义。
3.现有技术大多只关心可更换模块的局部设计，如可更换模块与卫星平台的接口、机械臂的末端操作工具，而没有对于模块的整体改进设计。
4.经过检索，专利文献cn103121516a公开了一种可更换模块对接装置，包括：接纳锥、对接适配器和通用抓手。接纳锥通过机械紧固件连接在在轨飞行器上。对接适配器的结构主体上端为与安装导向锥匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手内螺纹匹配的外螺纹，下端为与通用抓手上的抓手导向锥匹配的导向锥体结构。该现有技术仅针对模块的机械接口设计。
5.专利文献cn103662103a公开了一种可更换模块拉紧释放装置，包括可更换模块和可更换模块安装口；其中，可更换模块包括：电连接器，设置在可更换模块的前端；可更换模块安装口包括：推拉机构，设置在可更换模块安装口的内部底端；叉形拉杆，包括第一前端、第二前端和末端，末端连接推拉机构；两个导向滚轮，分别设置在可更换模块安装口的开口处两侧；两个拉紧释放钩，一端分别连接导向滚轮，另一端上分别设置有自锁弹簧，自锁弹簧一端连接拉紧释放钩，另一端通过旋转销分别与叉形拉杆的第一前端或第二前端连接；总线连接器，设置在叉形拉杆的第一前端或第二前端之间。该现有技术仅针对模块如何与平台连接与分离进行设计。
6.专利文献cn105151329a公开了一种在轨可更换模块搭载适配器接口装置、适配方法及系统，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。该现有技术重点解决了与运载的接口以及如何充分利用运载包络的问题。
7.在论文《面向在轨服务的航天器可更换模块概念研究》中，与上述现有技术类似，仅关注模块与平台间的机械和电连接方式，并未考虑模块整体以及模块内部单机如何设计。在论文《航天器在轨可更换模块机构与结构设计》中与上述披露的内容类似，仅关注机械接口设计问题。
8.因此，亟需研发设计一种能够面向在轨自主操作的适用于星上单机模块化的设
计。


技术实现要素：

9.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向在轨自主操作的模块可更换装置，解决卫星中星上单机的模块在轨可通过机械臂自主更换的问题。
10.根据本发明提供的一种面向在轨自主操作的模块可更换装置，包括：封闭式标准化模块壳体、主动锁紧机械接口、模块标准电接口公头、模块导热接口、机械臂操作接口、待更换模块单机、电连接器转接电缆和主动锁紧机械接口控制器；待更换模块单机、电连接器转接电缆和主动锁紧机械接口控制器设置在封闭式标准化模块壳体的内部；主动锁紧机械接口、模块标准电接口公头、模块导热接口和机械臂操作接口设置在封闭式标准化模块壳体的外部。
11.优选地，待更换模块单机通过主动锁紧机械接口对外进行机械连接。
12.优选地，待更换模块单机通过电连接器转接电缆转接至模块标准电接口公头对外进行电连接。
13.优选地，对外热接口通过将所述待更换模块单机产生的热量收集至模块导热接口与外部进行热交换。
14.优选地，封闭式标准化模块壳体设置为铝蜂窝板结构。
15.优选地，封闭式标准化模块壳体包括顶板、底板和侧板，主动锁紧机械接口、模块标准电接口公头、模块导热接口和待更换模块单机安装在底板上；机械臂操作接口安装于顶板上；顶板、底板和多块侧板组合成立方体结构。
16.优选地，待更换模块单机包括待更换模块、模拟采样模块、采样通信模块、采样接插件、开关接插件、充电接插件和放电接插件，待更换模块、模拟采样模块和采样通信模块设置在待更换模块单机的内部；采样通信模块、采样接插件、开关接插件、充电接插件和放电接插件设置在待更换模块单机的外部。
17.优选地，待更换模块单机通过电连接器转接电缆将采样接插件、开关接插件、充电接插件和放电接插件与模块标准电接口公头连接进行电接口的转接。
18.优选地，主动锁紧机械接口通过主动锁紧机械接口控制器控制其锁紧和解锁运动。
19.优选地，主动锁紧机械接口控制器通过机械臂操作接口向其发送锁紧和解锁控制指令。
20.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
21.1、本发明在不改变星上模块本身的设计的同时，通过主动锁紧机械接口、电连接器转接电缆、模块导热接口实现电接口的标准化设计。
22.2、本发明通过机械连接接口、电连接接口和热接口集成化设计，能够同时满足待更换模块与卫星平台间的机械连接、供电和信息导通以及热传导。
23.3、本发明针对待更换模块进行了热设计，能够将多余热量通过顶板辐射散热或通过模块导热接口传递至卫星平台。
24.4、本发明的设置具有通用性，同样适用于其他星上单机。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为本发明的面向在轨自主操作的模块可更换装置的内部整体结构；
27.图2为本发明的面向在轨自主操作的模块可更换装置的外部整体结构；
28.图3为本发明的面向在轨自主操作的模块可更换装置的待更换模块单机的内部结构；
29.图4为本发明的面向在轨自主操作的模块可更换装置的待更换模块单机的外部结构。
30.图中：
31.具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
33.如图1-图2所示，本发明提供了一种面向在轨自主操作的模块可更换装置，包括封闭式标准化模块壳体1、主动锁紧机械接口2、模块标准电接口公头3、模块导热接口4、机械臂操作接口5、蓄电池组单机6、电连接器转接电缆7和主动锁紧机械接口控制器8。
34.其中，待更换模块单机6、电连接器转接电缆7和主动锁紧机械接口控制器8设置在封闭式标准化模块壳体1的内部；主动锁紧机械接口2、模块标准电接口公头3、模块导热接口4和机械臂操作接口5设置在封闭式标准化模块壳体1的外部。待更换模块单机6通过主动锁紧机械接口2对外进行机械连接。待更换模块单机6通过电连接器转接电缆7转接至模块标准电接口公头3对外进行电连接。对外热接口通过将待更换模块单机6产生的热量收集至模块导热接口4与外部进行热交换。
35.待更换模块单机6包括待更换模块9、模拟采样模块10、采样通信模块11、采样接插件12、开关接插件13、充电接插件14和放电接插件15。蓄电池组单机6通过电连接器转接电缆7将采样接插件12、开关接插件13、充电接插件14和放电接插件15与模块标准电接口公头3连接实现电接口的转接。
36.主动锁紧机械接口2通过主动锁紧机械接口控制器8控制其锁紧和解锁运动。
37.主动锁紧机械接口控制器8与机械臂操作接口5通过有线电缆连接，通过机械臂操
作接口5向主动锁紧机械接口控制器8发送锁紧和解锁控制指令。
38.本发明的优选例，作进一步说明。
39.基于上述基础实施例，封闭式标准化模块壳体1采用铝蜂窝板结构，几何形状为立方体，包括：一块顶板16、一块底板17和四块侧板18。其中，主动锁紧机械接口2、模块电接口公头3、模块导热接口4和待更换模块单机6安装在底板17上。机械臂操作接口5安装于顶板16上。
40.基于上述基础实施例，侧板18包覆热控多层隔热。
41.基于上述基础实施例，顶板16喷涂高发射率的热控涂层，比如白漆、osr等.
42.本发明以应用于蓄电池组单机为例，蓄电池组单机包括蓄电池组、模拟采样模块10、采样通信模块11、采样接插件12、开关接插件13、充电接插件14和放电接插件15。蓄电池组单机通过电连接器转接电缆7将采样接插件12、开关接插件13、充电接插件14和放电接插件15与模块标准电接口公头3连接实现电接口的转接。其他设置同前述实施例。
43.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
44.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
45.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。