基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法
阅读说明：本技术 基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法 (On-orbit maintenance method of ultra-large space telescope based on multi-space robot system ) 是由 赵京东 杨晓航 杨国财 赵云鹏 赵智远 赵亮亮 蒋再男 谢宗武 刘宏 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法,属于航天器在轨服务技术领域。本发明为了解决超大型太空望远镜在轨维护成本高、难度大的问题。本发明所述方法首先将超大型太空望远镜拆分为：主镜部、次镜部和挡光部,通过故障检测与分析明确故障发生位置,针对四种情况分别提出利用可伸缩空间机械臂与可再生多分支超冗余空间机器人组成的新型多空间机器人系统进行在轨维护的方案。该技术可以突破大型空间设备在轨维修难题,提升我国空间资产的使用寿命,降低空间设备运营成本。(An on-orbit maintenance method of an ultra-large space telescope based on a multi-space robot system belongs to the technical field of on-orbit service of spacecrafts. The invention aims to solve the problems of high on-orbit maintenance cost and great difficulty of the ultra-large space telescope. The method of the invention firstly splits the ultra-large space telescope into: the main mirror part, the secondary mirror part and the light blocking part are used for determining the fault occurrence position through fault detection and analysis, and a scheme for performing on-orbit maintenance by using a novel multi-space robot system consisting of a telescopic space mechanical arm and a reproducible multi-branch super-redundant space robot is provided for four conditions. The technology can break through the problem of on-orbit maintenance of large space equipment, prolong the service life of space assets in China and reduce the operation cost of the space equipment.)
技术领域
本发明属于航天器在轨服务技术领域，具体涉及一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法。
背景技术
在以信息化为特点的新军事变革时期，发展空间机器人系统在轨维护技术可以大幅提高我国的空间对抗与空间威慑能力，具有巨大的潜在军事效益。随着空间技术的不断成熟，大型空间设备建造被提上日程，利用空间机器人系统对空间设备进行在轨维护有利于延长空间设备使用寿命，降低空间设备运营成本，提升我国军事对抗能力。大型空间设备结构复杂，体积庞大，这给空间机器人在轨维护带来困难。因此，为了解决大型空间设备在轨维护的难题，研发一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法是非常必要的。
发明内容
本发明为了解决超大型太空望远镜在轨维护成本高、难度大的问题，进而提供一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法。
本发明所采取的技术方案是：
基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法，如果故障出现在挡光部，所述方法是通过以下步骤实现的：
S1.明确挡光部六块遮光罩中出现故障的遮光罩；
S2.判断出现故障的遮光罩是否处于可伸缩空间机械臂的灵巧工作空间内，如果遮光罩所处位置不利于可伸缩空间机械臂操作，可旋转航天器平台的可旋转部带动遮光罩旋转至合适的位置；
S3.可伸缩空间机械臂解锁，装有备用遮光罩的货运仓解锁；
S4.可伸缩空间机械臂运动至故障遮光罩附近，并通过遮光罩上的适配器与遮光罩相连；
S5.遮光罩与遮光罩安装机构之间的锁紧机构解锁，利用可伸缩空间机械臂将故障遮光罩拆卸；
S6.可伸缩空间机械臂将货运仓内的备用遮光罩搬运至装配点附近进行装配。
基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法，如果故障出现在次镜部的次镜模块，所述方法是通过以下步骤实现的：
S1.可伸缩空间机械臂解锁，可再生多分支超冗余空间机器人解锁，装有备用次镜模块的货运仓解锁；
S2.利用可伸缩空间机械臂将次镜支架处的遮光罩拆卸；
S3.可再生多分支超冗余空间机器人沿着舱体外壁的适配器攀爬至次镜支架处；
S4.利用可伸缩空间机械臂将货运仓中的备用次镜模块取出并搬运至可再生多分支超冗余空间机器人工作空间，可再生多分支超冗余空间机器人利用工作臂抓取备用次镜模块；
S5.可再生多分支超冗余空间机器人沿着次镜支架爬行到次镜模块安装位置；
S6.次镜模块与安装机构之间的锁紧装置解锁，利用可再生多分支超冗余空间机器人工作臂将故障次镜模块拆卸；
S7.利用可再生多分支超冗余空间机器人工作臂将备用次镜模块进行装配；
S8.利用可伸缩空间机械臂将次镜支架处的遮光罩安装。
基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法，如果故障出现在次镜部的次镜支架，所述方法是通过以下步骤实现的：
S1.判断出现故障的次镜支架是否处于可伸缩空间机械臂的灵巧工作空间内，如果次镜支架所处位置不利于机械臂操作，可旋转航天器平台的可旋转部带动次镜支架旋转至合适的位置；
S2.可伸缩空间机械臂解锁，可再生多分支超冗余空间机器人解锁，装有备用次镜支架的货运仓解锁；
S3.利用可伸缩空间机械臂将次镜支架处的遮光罩拆卸；
S4.利用可再生多分支超冗余空间机器人沿着舱体外壁与次镜支架爬行至次镜模块安装位置，并将次镜模块拆卸；
S5.利用可伸缩空间机械臂将故障次镜支架拆卸；
S6.利用可伸缩空间机械臂将货运仓中的备用次镜支架取出并搬运至安装位置进行装配；
S7.利用可再生多分支超冗余空间机器人沿着次镜支架爬行至次镜模块安装位置，并将次镜模块安装；
S8.利用可伸缩空间机械臂安装次镜支架处的遮光罩。
基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜在轨维护方法，其特征在于：如果故障出现在主镜部，所述方法是通过以下步骤实现的：
S1.可伸缩空间机械臂解锁，可再生多分支超冗余空间机器人解锁，装有备用模块化子镜的货运仓解锁；
S2.利用可伸缩空间机械臂将遮光罩拆卸；
S3.可再生多分支超冗余空间机器人沿着舱体外壁的适配器攀爬至主镜部；
S4.利用可伸缩空间机械臂将货运仓中的备用模块化子镜取出并搬运至可再生多分支超冗余空间机器人的工作空间，可再生多分支超冗余空间机器人利用工作臂抓取备用模块化子镜；
S5.可再生多分支超冗余空间机器人沿着主镜镜面上爬行到故障模块化子镜处；
S6.模块化子镜的标准化接口三锁紧装置解锁，利用可再生多分支超冗余空间机器人的工作臂将故障模块化子镜拆卸；
S7.利用可再生多分支超冗余空间机器人工作臂将备用模块化子镜进行装配；
S8.利用可伸缩空间机械臂将遮光罩安装。
本发明的有益效果在于：
1、本发明将模块化设计与装配的大型太空望远镜划分为主镜部、次镜部和挡光部，利用可伸缩空间机械臂与可再生多分支超冗余空间机器人组成的空间机器人系统在轨维护太空望远镜，更换故障模块，该技术可以突破大型空间设备在轨维修难题，提升我国空间资产的使用寿命，降低空间设备运营成本。
2、本发明详细论述了由可伸缩空间机械臂与可再生多分支超冗余空间机器人组成的空间机器人系统协同操作对大型太空望远镜进行维护的方法，为利用多空间机器人系统进行在轨维护任务进行技术储备。
附图说明
图1是本发明中超大型太空望远镜在轨维护系统示意图；
图2是本发明中超大型太空望远镜示意图；
图3是本发明中可再生多分支超冗余空间机器人四分支形态示意图；
其中：1、货运仓；2、可旋转航天器平台；3、太阳翼翻板；4、可伸缩空间机械臂；5、三镜模块；6、适配器；7、可再生多分支超冗余空间机器人； 8、模块化子镜；9、次镜支架；10、次镜模块；11、遮光罩；12、遮光罩安装基座。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
一种基于多空间机器人的超大型太空望远镜主镜部在轨维护系统，所述组装系统包括货运仓1、可旋转航天器平台2、太阳翼翻板3、可伸缩空间机械臂4、三镜模块5、适配器6、可再生多分支超冗余空间机器人7所述系统中的货运仓1位于最下端，可旋转航天器平台2位于货运仓1之上，可旋转航天器平台2主要分为两部分，与货运仓1固连的部分为固定部，另一端为可旋转部，具备相对于固定部旋转的能力。两个太阳翼翻板3沿径向等距安装在可旋转航天器平台2的固定部上。可伸缩空间机械臂4位于可旋转航天器平台2的固定部上，可伸缩空间机械臂4可抓取搬运货运仓1中的望远镜模块化子镜8，可以进行模块化子镜8的装配操作。三镜模块5位于可旋转航天器平台2的轴线上，并与可旋转航天器平台2的旋转部固连，随着可旋转航天器平台2旋转部的转动而转动。货运仓1、可旋转航天器平台2上分布着适配器6，可再生多分支超冗余空间机器人7可在适配器6之间移动；
可伸缩空间机械臂4为固定基座机械臂，为SSRMS肩-肘-腕偏置型机械臂。
可伸缩空间机械臂4具备七个旋转自由度和两个可伸缩的臂杆，两个长臂杆即为可伸缩臂杆，该机械臂为被动伸缩主动锁紧型机械臂，具备伸缩臂完全收缩与完全伸展两种形态。
可伸缩臂杆可以改变机械臂工作空间，可旋转航天器平台2的旋转部可带动太空望远镜系统相对于可伸缩空间机械臂4发生旋转，以上两种设计可以使得可伸缩空间机械臂4的工作空间增加，可以应对随着模块化子镜8不断拼接作业空间逐渐变大的问题。
可再生多分支超冗余空间机器人7为新型可变构型空间机器人，可根据任务需要，改变自身分支数目，改变每个分支组成。
可再生多分支超冗余空间机器人7的每个分支可根据任务需求组合大量具有标准化模块接口的关节与被动伸缩臂杆。
可再生多分支超冗余空间机器人7能根据任务需求将由大量具有标准化模块接口的关节与被动伸缩臂杆组合成的多个分支，构成所需要的空间机器人构型，常见的有三分支与四分支构型，分别充当可再生多分支超冗余空间机器人7的工作臂与固定臂。
可再生多分支超冗余空间机器人7的固定臂可与均布在航天器表面的适配器6相连，适配器6可以保证可再生多分支超冗余空间机器人7与舱体之间的机械与电气连接。
将超大型太空望远镜拆分为：主镜部、次镜部和挡光部，主镜部由模块化子镜8围绕三镜模块5拼接而成，次镜部由次镜支架9和次镜模块10组成，挡光部由遮光罩11和遮光罩安装基座12组成而成；
通过故障检测与分析，确定故障出现在主镜部、次镜部或是挡光部；
具体实施方式一：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜挡光部在轨维修方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：明确挡光部六块遮光罩11中出现故障的遮光罩11；
步骤二：判断出现故障的遮光罩11是否处于可伸缩空间机械臂4的灵巧工作空间内，如果遮光罩所处位置不利于机械臂操作，可旋转航天器平台2 的可旋转部带动遮光罩11旋转至合适的维护位置；
步骤三：可伸缩空间机械臂4解锁，装有备用遮光罩11的货运仓1解锁；
步骤四：可伸缩空间机械臂4运动至故障遮光罩11附近，并通过遮光罩 11上适配器与遮光罩相连；
步骤五：遮光罩11与遮光罩安装基座12之间的锁紧机构解锁，利用可伸缩空间机械臂4将故障遮光罩11拆卸；
步骤六：可伸缩空间机械臂4将货运仓1内的备用遮光罩11搬运至装配点附近进行装配。
本实施方式中，遮光罩11与遮光罩安装基座12之间通过标准化接口一进行连接，该标准化接口一可提供机械锁紧效果，同时具备可靠地解锁能力。
具体实施方式二：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜次镜部的次镜模块10在轨维修方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：可伸缩空间机械臂4解锁，可再生多分支超冗余空间机器人7 解锁，装有备用次镜模块的货运仓1解锁；
步骤二：利用可伸缩空间机械臂4将次镜支架9处的遮光罩11拆卸；
步骤三：可再生多分支超冗余空间机器人7沿着舱体外壁的适配器攀爬至次镜支架9处；
步骤四：利用可伸缩空间机械臂4将货运仓1中的备用次镜模块10取出并搬运至可再生多分支超冗余空间机器人7工作空间，可再生多分支超冗余空间机器人7利用工作臂抓取备用次镜模块10；
步骤五：可再生多分支超冗余空间机器人7沿着次镜支架9爬行到次镜模块10安装位置；
步骤六：次镜模块10与安装机构之间的锁紧装置解锁，利用可再生多分支超冗余空间机器人7工作臂将故障次镜模块10拆卸；
步骤七：利用可再生多分支超冗余空间机器人7工作臂将备用次镜模块 10进行装配；
步骤八：利用可伸缩空间机械臂4将次镜支架9处的遮光罩11安装。
本实施方式中，可再生多分支超冗余空间机器人7为四分支构型，其中两个分支为固定臂，可利用固定臂在航天器表面进行爬行，余下两个分支为工作臂，进行拆卸与装配操作。
本实施方式中，可再生多分支超冗余空间机器人7的一个工作臂抓持次镜模块10，利用两个固定臂沿着次镜支架9爬行到次镜模块10安装位置。
本实施方式中，参照图1和图2说明本实施方式，次镜模块10与次镜支架9通过标准化接口二连接，该标准化接口二具备机械锁紧与电气连接的能力。
具体实施方式三：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜次镜部的次镜支架9在轨维修方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：判断出现故障的次镜支架9是否处于可伸缩空间机械臂4的灵巧工作空间内，如果次镜支架9所处位置不利于机械臂操作，可旋转航天器平台2的可旋转部带动次镜支架9旋转至合适的维护位置；
步骤二：可伸缩空间机械臂4解锁，可再生多分支超冗余空间机器人7 解锁，装有备用次镜支架9的货运仓1解锁；
步骤三：利用可伸缩空间机械臂4将次镜支架9处的遮光罩11拆卸；
步骤四：利用可再生多分支超冗余空间机器人7沿着舱体外壁与次镜支架9爬行至次镜模块10安装位置，并将次镜模块10拆卸；
步骤五：利用可伸缩空间机械臂4将故障次镜支架9拆卸；
步骤六：利用可伸缩空间机械臂4将货运仓1中的备用次镜支架9取出并搬运至安装位置进行装配；
步骤七：利用可再生多分支超冗余空间机器人7沿着次镜支架9爬行至次镜模块10安装位置，并将次镜模块10安装；
步骤八：利用可伸缩空间机械臂4安装次镜支架9处的遮光罩11；
具体实施方式四：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种基于多空间机器人系统的超大型太空望远镜主镜部在轨维修方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：可伸缩空间机械臂4解锁，可再生多分支超冗余空间机器人7 解锁，装有备用模块化子镜8的货运仓1解锁；
步骤二：利用可伸缩空间机械臂4将遮光罩11拆卸；
步骤三：可再生多分支超冗余空间机器人7沿着舱体外壁的适配器6攀爬至主镜部；
步骤四：利用可伸缩空间机械臂4将货运仓1中的备用模块化子镜8取出并搬运至可再生多分支超冗余空间机器人7工作空间，可再生多分支超冗余空间机器人7利用工作臂抓取备用模块化子镜；
步骤五：可再生多分支超冗余空间机器人7沿着主镜镜面上的适配器6 爬行到故障模块化子镜8处；
步骤六：模块化子镜8的标准化接口三锁紧装置解锁，利用可再生多分支超冗余空间机器人7的工作臂将故障模块化子镜8拆卸；
步骤七：利用可再生多分支超冗余空间机器人7工作臂将备用模块化子镜8进行装配；
步骤八：利用可伸缩空间机械臂4将遮光罩11安装；
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
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