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低温工程 2023年第2期 50-60页

作者：张银王波倪竹青罗高乔姚晓蕾吴维薇刘婷侯光泽刘昊杨玉玲张永清田兴华王珂王帅低温技术安徽省重点实验室合肥230088 中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230088 中国科学院太空应用重点实验室中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094 空间热控技术北京重点实验室北京100094

通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5... 详细信息

通过Sage建立-80℃温区气体轴承斯特林制冷机热力学模型,成功开发了宇航级气体轴承斯特林制冷机并进行试验测试。环境温度23℃,供液温度30.5℃时(流量70 L/h),方波驱动输入功率为279.6 W,制冷量为68.5 W@-87℃;正弦波驱动输入功率179.5 W,制冷量为43.96 W@-87℃;正弦波驱动输入功率99.1 W,制冷量为22.5 W@-87℃。制冷机组件最大稳态噪声为45.4 dBA,满足舱内稳态噪声不超过50 dBA的要求。通过了宇航级力学和热环境适应性并开展了可靠性及寿命试验,采用线性外推法计算得出寿命在172800 h以上,满足空间站的可靠性及寿命(6.67年)的要求。2022年7月24日随问天实验舱成功发射进入空间站,实现了中国气体轴承制冷机首次在轨验证,填补空白。目前制冷机正常开机运行,已在轨累计运行2730 h,已经冷冻了包括植物样品、细胞样品及相变单元等15批样品,样品随神舟14号飞船下行。

关键词： -80℃温区宇航级气体轴承斯特林制冷机空间站填补空白

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空间滚珠直线导轨阻力测试设备研制与试验研究

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南京航空航天大学学报 2022年第1期54卷 34-40页

作者：李德伦杨旭张英张运王兆阳邵英奇空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京邮电大学现代邮政学院北京100876 陆军装甲兵学院北京100071

随着深空探测、在轨服务等空间技术的发展,直线传动机构在空间技术中的应用变得越来越广泛。滚珠直线导轨作为常用的直线传动机构,通常与滚珠丝杠等其他直线传动机构联合使用,用于承受直线传动过程中附加的力和力矩,从而达到简化滚珠丝... 详细信息

随着深空探测、在轨服务等空间技术的发展,直线传动机构在空间技术中的应用变得越来越广泛。滚珠直线导轨作为常用的直线传动机构,通常与滚珠丝杠等其他直线传动机构联合使用,用于承受直线传动过程中附加的力和力矩,从而达到简化滚珠丝杠受力情况、提高滚珠丝杠的运行平稳性和寿命的目的。直线导轨的阻力是反映其运行状态、进行在轨故障判断的重要参数。本文设计了一套直线导轨阻力测试设备,进行了直线导轨运行阻力测试,根据运行阻力与方向无关的原则,设计了合理的数据补偿方式,排除了测试过程中重力因素的影响,找到了阻力和力矩载荷的关系,对于研究滚珠直线导轨在力矩载荷下的阻力性能具有一定的指导意义。

关键词：空间滚珠直线导轨阻力测试设备直线传动

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基于可重构分布式控温的高稳定度热控系统研究

先进小卫星技术（中英文）

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先进小卫星技术（中英文） 2024年第1期1卷 113-121页

作者：童叶龙赵欣晋红邵希胜刘蕾任师涛魏然北京空间飞行器总体设计部空间热控技术北京市重点实验室北京100094 上海航天电子有限公司上海201800 山东航天电子技术研究所烟台264000

随着光学遥感卫星分辨率的不断提高,光学系统的口径和焦距越来越大,空间光学系统对大面积、高稳定度温度控制的需求越来越突出,而集中控温模式存在热控引线多且走线困难、测温稳定性差等不足,难以满足光学系统大面积高稳定度的控温需求... 详细信息

随着光学遥感卫星分辨率的不断提高,光学系统的口径和焦距越来越大,空间光学系统对大面积、高稳定度温度控制的需求越来越突出,而集中控温模式存在热控引线多且走线困难、测温稳定性差等不足,难以满足光学系统大面积高稳定度的控温需求.提出了一种主控加远端的分布式控温系统构架和基于差分比例电阻的高稳定度测温方法,研制了基于分布式的可重构控温系统样机.试验结果表明:系统具有较强的拓展性和自主重构能力,大大提高了热控系统的适应能力,测温稳定性优于±3mK/3h.

关键词：航天器热控制分布式控温系统重构高稳定度温度测量

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大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

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宇航学报 2021年第3期42卷 295-304页

作者：荣吉利崔硕石文静李伟杰李潇辛鹏飞北京理工大学宇航学院北京100081 北京空间飞行器总体设计部北京100094 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境,将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统,采用自然坐标法对刚性构件建模,基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构,编写了一套动力学仿真软件,实现了大型空间电站在轨展开与组... 详细信息

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境,将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统,采用自然坐标法对刚性构件建模,基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构,编写了一套动力学仿真软件,实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明,采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性;在结构组装过程中,减小组装速度,增大组装机构阻尼系数与劲度系数,有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法,为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。

关键词：大型空间电站在轨组装在轨展开

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基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的月壤参数估计

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实验室研究与探索 2023年第10期42卷 106-110,248页

作者：王志福王学晨王阳梁常春王瑞北京理工大学电动车辆国家工程研究中心北京100081 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094

在月球低重力环境下,载人月球车的行驶稳定性会受到月壤参数影响和发生参数无法直接获取的问题,对此提出一种月壤参数估计算法。建立月球车行驶过程中轮壤模型并进行简化,设计基于自适应无迹卡尔曼滤波的估计器,通过车轮力实现月壤参数... 详细信息

在月球低重力环境下,载人月球车的行驶稳定性会受到月壤参数影响和发生参数无法直接获取的问题,对此提出一种月壤参数估计算法。建立月球车行驶过程中轮壤模型并进行简化,设计基于自适应无迹卡尔曼滤波的估计器,通过车轮力实现月壤参数在线估计。在Adams/Simulink中搭建月球车动力学模型及估计算法模型,并进行联合仿真。仿真结果表明,设计的估计器能够较为准确地估计月壤参数。

关键词：载人月球车自适应无迹卡尔曼滤波月壤参数

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空间站机械臂一体化关节设计与试验验证

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载人航天 2022年第5期28卷 666-674页

作者：李德伦朱超张运刘鑫王康谢宗武哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094

空间站核心舱配备的机械臂是空间站建造和健康运营的重要装备,它具有7个自由度,由7个关节、2个末端执行器等核心部件组成。关节是机械臂的关键设备,是机械臂执行舱段爬行、航天员EVA支持、舱段转位对接等重要任务的基础。针对机电热一... 详细信息

空间站核心舱配备的机械臂是空间站建造和健康运营的重要装备,它具有7个自由度,由7个关节、2个末端执行器等核心部件组成。关节是机械臂的关键设备,是机械臂执行舱段爬行、航天员EVA支持、舱段转位对接等重要任务的基础。针对机电热一体化、大输出力矩、高可靠、可维修等需求,进行了关节的系统设计、传动设计、控制系统设计、温度控制设计、可靠性设计和维修性设计,并开展了真空环境试验和可靠性试验,关节设计满足要求,通过试验验证。

关键词：空间站机械臂一体化关节设计验证高可靠可维修

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Stewart六维力传感器寿命特性的诊断与优化

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传感技术学报 2022年第7期35卷 873-880页

作者：李德伦高波张运谢宗武张兵哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094 陕西电器研究所陕西西安710065

为实现空间站在轨长寿命的应用要求,针对空间机械臂Stewart六维力(Stwart Six-Axis Force,SSAF)传感器使用寿命低的问题,开展了传感器寿命特性的诊断与分析优化。基于Stewart六维力传感器测量原理和名义应力疲劳寿命理论,推导出传感器... 详细信息

为实现空间站在轨长寿命的应用要求,针对空间机械臂Stewart六维力(Stwart Six-Axis Force,SSAF)传感器使用寿命低的问题,开展了传感器寿命特性的诊断与分析优化。基于Stewart六维力传感器测量原理和名义应力疲劳寿命理论,推导出传感器寿命特性与结构参数的关系模型,通过分析力和力矩一阶寿命特性的影响系数矩阵,给出传感器寿命特性的评价指标及判定依据;利用多目标优化方法,建立了传感器寿命特性的目标优化函数,得到寿命最优的传感器结构参数。综合指标计算、仿真与试验结果表明:基于寿命特性提出的一种Stewart六维力传感器结构参数优化方法可实现结构应力均衡化,改善结构应力集中分布问题,降低疲劳应力损伤的影响,有效提升SSAF传感器的使用寿命。

关键词：寿命优化六维力机械臂遗传算法

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中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

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航天返回与遥感 2021年第4期42卷 10-21页

作者：孟繁孔陈灵王帅来霄毅刘炳清赵亮范含林北京空间飞行器总体设计部北京100094 空间热控技术北京市重点实验室北京100094 上海宇航系统工程研究所上海201109

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型... 详细信息

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔热材料、增强舱外设备与返回舱壁热耦合、降低设备表面红外发射率等返回舱热控优化设计措施。热控优化措施应用于中国新一代载人飞船试验船,并通过首次在轨飞行验证,在近第二宇宙速度返回气动热环境下,返回舱结构、空气、设备等各项温度指标均满足指标要求,验证了返回舱热控设计的合理性。研究结果可为返回式航天器热控系统设计提供参考。

关键词：新一代载人飞船返回舱气动热热控热防护航天返回

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面向空间自主装配验证评估的机械臂避障运动规划

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航天器工程 2025年第2期34卷 82-89页

作者：谢芳霖汪凌昕张亚航王耀兵王捷北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

面向空间机械臂自主装配的验证评估问题,针对人机、多机协同作业过程中彼此进入对方作业区域后可能出现的高风险碰撞工况,将机械臂避障抓取的运动规划定义为强化学习问题,并提出一种改进的双经验池组合采样经验回放方法。仿真结果表明:... 详细信息

面向空间机械臂自主装配的验证评估问题,针对人机、多机协同作业过程中彼此进入对方作业区域后可能出现的高风险碰撞工况,将机械臂避障抓取的运动规划定义为强化学习问题,并提出一种改进的双经验池组合采样经验回放方法。仿真结果表明:采用该方法进行训练后,机械臂可有效避开动态障碍物,且末端到位精度从0.2717 m提高至0.0413 m。基于物理样机开展了试验验证,进一步证明了避障抓取策略能使机械臂自主避开任意障碍物并准确抓取目标,不需要对障碍物的运动状态进行预测。文章提出的避障运动规划,可用于各类固定基座空间机械臂的地面验证评估。

关键词：空间机械臂避障运动规划深度强化学习优先经验回放迁移学习

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空间机械臂关节维修性设计与验证

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载人航天 2023年第1期29卷 22-28页

作者：朱超张运李德伦高翔宇高奔展文豪空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094 天津市宇航智能装备企业重点实验室天津航天机电设备研究所天津300301 人因工程国防科技重点实验室中国航天员科研训练中心北京100094

空间机械臂维修性对机械臂可靠性和长寿命具有非常重要的意义。在研究国际空间站机械臂在轨维护维修任务和关节产品特点的基础上,结合中国空间站机械臂特点,设计了一种四方协同作业3次出舱的机械臂关节维修方案,通过搭建虚拟维修仿真平... 详细信息

空间机械臂维修性对机械臂可靠性和长寿命具有非常重要的意义。在研究国际空间站机械臂在轨维护维修任务和关节产品特点的基础上,结合中国空间站机械臂特点,设计了一种四方协同作业3次出舱的机械臂关节维修方案,通过搭建虚拟维修仿真平台开展了维修仿真验证,完成了模拟维修场景下机械臂关节的维修试验,充分验证了机械臂关节维修的可操作性、可达性、可视性、安全性和流程合理性。

关键词：多人协同空间机械臂关节维修性设计试验验证航天员

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