一种用于太空物资运输的空间物流系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于太空物资运输的空间物流系统，该系统采用车货分离的形式，由货包、摆渡车、燃料包3部分组成，货包负责物资的承载，摆渡车能够长期留轨，具有较强的空间机动能力，往返于货包位置与需要物资的目标位置之间，负责物资在空间段的转移，燃料包负责推进剂的承载，为摆渡车提供推进剂。货包和燃料包采用简易配置，由火箭末子级维持入轨初期姿态稳定。摆渡车通过6小时快速交会对接，捕获货包和燃料包，并为其在轨提供电源。摆渡车通过燃料包实现在轨续航，留轨长期重复使用。空间物流系统可在LEO轨道范围或GEO轨道范围内，为空间站货物补给、大型空间设施在轨组装等多种应用场景提供低成本的物资运输服务。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太空物资运输的空间物流系统
本专利技术涉及一种用于太空物资运输的空间物流系统，属于航天
，可用于空间站货物补给、大型空间设备在轨组装等多种应用场景。
技术介绍
载人空间站的运营对物资补给提出需求。现有的太空物资运输工具有进步号、龙飞船、天鹅座、自动转移飞行器(AutomatedTransferVehicle，ATV)、H2转移飞行器(H2TransferVehicle，HTV)和天舟等，此外，一些商业公司也提出了多种货运新方案，主要包括太空拖船、货运版CST-100、追梦者、木星等。进步号、天鹅座、ATV、HTV和天舟采用船货一体、单次使用的方案，运输成本较高。龙飞船和追梦者采用船货一体、再入返回、重复使用的方案，可降低运输成本，但复用技术还不成熟，其中，龙飞船目前刚实现复用，复用次数不多，追梦者还未执行过任务。太空拖船和木星采用船货分离、货船在轨重复使用的方案，通过货船的重复使用，可降低运输成本。将上述几种方案比较可知，船货分离方案在降低运输成本的同时，降低了技术实现难度，是实现低成本货运的有效途径。太空拖船的物资运输方案中，未明确货箱入轨初期的留轨方案，太空拖船与货箱采用交会对接方案，对接精度要求高，对接机构质量大，拖船不进行在轨补加，重复使用次数有限，货箱由空间站机械臂抓捕停靠。木星的物资运输方案中，货箱采用物资承载与推进剂补加一体化设计，构造复杂，货箱由上面级辅助留轨与离轨，成本较高，木星采用在轨机械臂操作技术，与上面级完成新旧货箱的调换，接货流程复杂，货箱由空间站机械臂抓捕停靠。>未来，除了载人空间站，空间太阳能电站、空间大型望远镜等大型空间设施的在轨组装对太空物资运输提出了新的需求。
技术实现思路
本专利技术采用船货分离方案，针对太空拖船和木星方案中存在的不足，提出一种适用于空间站货物补给、大型空间设施在轨组装等多种应用场景的空间物流系统，并给出空间物流系统的运行流程，实现低成本的空间物资运输。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种用于太空物资运输的空间物流系统，包括：摆渡车、货包和燃料包，所述摆渡车负责物资在空间段的转移，所述货包负责物资的承载，所述燃料包为摆渡车提供推进剂。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述摆渡车包括停靠机构主动端1、大推力发动机2、小推力发动机3、相对导航设备4、机械臂5和补加机构被动端6。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述停靠机构主动1端用于摆渡车与货包、燃料包的机械连接和电气连接，形成刚性组合体；所述大推力发动机2用于摆渡车的快速轨道机动；所述小推力发动机3用于摆渡车的姿态控制以及摆渡车与货包、燃料包、目标近距离交会过程的姿轨联合控制；所述相对导航设备4为摆渡车提供靠近货包、燃料包、目标过程中的导航信息；所述机械臂5用于抓捕货包、燃料包；所述补加机构被动端6用于接受燃料包的在轨补给服务，补加机构被动端6通过布局设计，使得摆渡车与燃料包在实现刚性连接或解除的过程中，同步实现补加机构的连接或解除。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述货包无姿轨控功能，包括机械臂适配器7、机械臂适配器8、停靠机构被动端9、对接机构被动端10和蓄电池11，机械臂适配器7与摆渡车的机械臂5配套使用，机械臂适配器8与目标的机械臂配套使用，停靠机构被动端9与摆渡车的停靠机构主动端1配套使用，对接机构被动端10与目标的对接机构主动端配套使用，机械臂适配器8与对接机构被动端10根据目标的配置情况进行适应性配置，可对具备抓捕停靠能力或交会对接能力的空间目标实现对接，蓄电池11在入轨后6小时内，为货包提供电源。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述燃料包无姿轨控功能，包括机械臂适配器12、停靠机构被动端13、补加机构主动端14和蓄电池15，机械臂适配器12与摆渡车的机械臂5配套使用，停靠机构被动端13与摆渡车的停靠机构主动端1配套使用，补加机构主动端14与摆渡车的补加机构被动端6配套使用，蓄电池在入轨后6小时内，为燃料包提供电源。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述货包由运载火箭发射入轨，在摆渡车完成接货之前，末子级与货包保持连接，为货包提供姿态稳定所需的控制力矩，货包蓄电池为货包提供正常运行所需的电源。上述一种用于太空物资运输的空间物流系统，其中，所述燃料包由运载火箭发射入轨，在摆渡车完成对燃料包的抓捕停靠之前，末子级与燃料包保持连接，末子级为燃料包提供姿态稳定所需的控制力矩，燃料包蓄电池为燃料包提供正常运行所需的电源。本专利技术通过以下技术方案实现：空间摆渡系统由摆渡车、货包、燃料包3部分组成，摆渡车负责物资在空间段的转移，货包负责物资的承载，燃料包为摆渡车提供推进剂。所述摆渡车，在传统卫星平台的基础上，配置1套停靠机构主动端、1套推力器、1套相对导航设备、1套机械臂和1套补加机构被动端，其中，对接机构主动端用于摆渡车与货包/燃料包的机械连接和电气连接，形成刚性组合体，推力器包含1个大推力发动机和若干小推力发动机，大推力发动机用于摆渡车的快速轨道机动，小推力发动机用于摆渡车的姿态控制以及摆渡车与货包/燃料包/补给目标近距离交会过程的姿轨联合控制，相对导航设备为摆渡车提供靠近货包/燃料包/补给目标过程中的导航信息，机械臂用于抓捕货包/燃料包，补加机构被动端用于接受燃料包的在轨补给服务，补加机构被动端通过布局设计，使得摆渡车与燃料包在实现刚性连接/解除的过程中，同步实现补加机构的连接/解除。所述货包无姿轨控功能，在结构舱段的基础上，配置1套机械臂适配器a、1套机械臂适配器b、1套停靠机构被动端、1套对接机构被动端和1套蓄电池，其中，机械臂适配器a与摆渡车的机械臂配套使用，机械臂适配器b与目标的机械臂配套使用，停靠机构被动端与摆渡车的停靠机构主动端配套使用，对接机构被动端与目标的对接机构主动端配套使用，机械臂适配器b与对接机构b被动端根据补给目标的配置情况进行适应性配置，蓄电池在入轨后6小时内，为货包提供电源。所述燃料包无姿轨控功能，在结构舱段和推进剂贮存设备的基础上，配置1套机械臂适配器、1套停靠机构被动端、1套补加机构主动端和1套蓄电池，其中，机械臂适配器与摆渡车的机械臂配套使用，停靠机构被动端与摆渡车的停靠机构主动端配套使用，补加机构主动端与摆渡车的补加机构被动端配套使用，蓄电池在入轨后6小时内，为燃料包提供电源。摆渡车由运载火箭提前发射，运行于巡航轨道。摆渡车接到物资运输任务后，在货包入轨前5天～10天，执行预调相和预变轨，到达6小时快速对接货包的起始位置。货包由运载火箭发射入轨，在摆渡车完成接货之前，末子级与货包保持连接，为货包提供姿态稳定所需的控制力矩，货包蓄电池为货包提供正常运行所需的电源。摆渡车利用相对导航设备，经过绕飞、逼近、悬停等一系列动作，使货包与摆渡车的相对位置与姿态满足摆渡车机械臂的抓捕条件。摆渡车通过机械臂抓捕位于货包上的机械臂适配器a，完成对货包的捕获，并使货包与摆渡车进一步靠近至停靠机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太空物资运输的空间物流系统，其特征在于，包括：摆渡车、货包和燃料包，所述摆渡车负责物资在空间段的转移，所述货包负责物资的承载，所述燃料包为摆渡车提供推进剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于太空物资运输的空间物流系统，其特征在于，包括：摆渡车、货包和燃料包，所述摆渡车负责物资在空间段的转移，所述货包负责物资的承载，所述燃料包为摆渡车提供推进剂。


2.如权利要求1所述的一种用于太空物资运输的空间物流系统，其特征在于，所述摆渡车包括停靠机构主动端(1)、大推力发动机(2)、小推力发动机(3)、相对导航设备(4)、机械臂(5)和补加机构被动端(6)。


3.如权利要求2所述的一种用于太空物资运输的空间物流系统，其特征在于，所述停靠机构主动端(1)用于摆渡车与货包、燃料包的机械连接和电气连接，形成刚性组合体；所述大推力发动机(2)用于摆渡车的快速轨道机动；所述小推力发动机(3)用于摆渡车的姿态控制以及摆渡车与货包、燃料包、目标近距离交会过程的姿轨联合控制；所述相对导航设备(4)为摆渡车提供靠近货包、燃料包、目标过程中的导航信息；所述机械臂(5)用于抓捕货包、燃料包；所述补加机构被动端(6)用于接受燃料包的在轨补给服务，补加机构被动端(6)通过布局设计，使得摆渡车与燃料包在实现刚性连接或解除的过程中，同步实现补加机构的连接或解除。


4.如权利要求1所述的一种用于太空物资运输的空间物流系统，其特征在于，所述货包无姿轨控功能，包括机械臂适配器(7)、机械臂适配器(8)、停靠机构被动端(9)、对接机构被动端(10)和蓄电池(11)，机械臂适配器(7)与摆渡车的机械臂(5)配套使...

【专利技术属性】
技术研发人员：王首喆，张庆展，靳永强，杨明川，赵春慧，李仕海，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31