小型绳系卫星弹射机构及其弹射方法

摘要

本发明涉及一种小型绳系卫星弹射机构及其弹射方法，属于绳系卫星的释放和回收技术领域。它含有驱动电机、齿轮、弹射导杆、对接锥体等驱动装置和回收装置。利用电机驱动，压缩弹簧实现绳系卫星的弹射释放，利用对接锥体实现回收对接。具有结构简单，工作性能稳定性好，可重复多次进行绳系卫星仿真试验的特点。本发明设计合理、使用方便，适用于微重力物理仿真试验平台之上，可用于绳系卫星地面仿真的研制、验收和鉴定试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型绳系卫星弹射机构及其弹射方法，属于绳系卫星的释放和回收技术领域。

背景技术

空间任务中绳系卫星的释放和回收需要一套可靠的释放、回收装置来实现。2010年Masahiro Nohmi, Jun Tanikawa, and Takayuki Hosoda在Proceeding of IEEE上发表了一篇文章：Simulation Analysis of a Tethered Space Robot for Space Experiment on Sounding Rocket by JAXA/ISAS，展示了一种弹射装置，并在探空火箭上做了绳系卫星的释放、控制试验。国际上也利用各种弹射装置在地面上模拟绳系卫星的释放过程。如何在地面实现全时序的地面运动学和动力学模拟，是航天研制任务中关键和重要的必要环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于绳系卫星地面仿真模拟试验的弹射、回收装置。对比于现有的绳系卫星弹射机构，具有结构简单、工作性能稳定、弹射过程平稳、方向稳定准确等显著特点。

一种小型绳系卫星弹射机构，其特征在于：包括第一水平基座、通过电机基座安装于第一水平基座上的驱动电机，安装于第一水平基座的齿轮轴支架，还包括一端通过联轴器与驱动电机输出轴相连，另一端通过轴承安装于所述齿轮轴支架的齿轮轴，还包括安装于齿轮轴的驱动齿轮，还包括安装于第一水平基座的竖直滑动导杆，还包括安装于竖直滑动导杆内可在其内滑动并与上述驱动齿轮啮合的竖直齿条；上述驱动齿轮由一段无齿部分和一段有齿部分组成；

还包括通过支柱组安装于第一水平基座上方的第二水平基座，还包括安装于第二水平基座上的套有弹簧的竖直弹射导杆组，还包括对接锥体，对接锥体为上大下尖的锥形结构，对接锥体上部安装在竖直弹射导杆组上并可以上下滑动，对接锥体下部的对接口与开在第二水平基座上的通孔位置相对应；

对接锥体的上部还系有拉绳组，拉绳组穿过第二水平基座上的拉绳穿孔后与竖直齿条上部相连；第二水平基座下部还安装有与绳系卫星系绳配合相连的系绳线轴、与系绳线轴相连的张力控制器。

所述小型绳系卫星弹射机构的弹射方法，其特征在于包括以下过程：

步骤1、将小型绳系卫星安置于对接锥体上部，初始状态，驱动齿轮上无齿部分位于齿轮齿条啮合处；

步骤2、驱动电机带动驱动齿轮转动后，向下拉动竖直齿条和连接其上的拉绳组，使对接锥体持续压缩弹簧；

步骤3、当驱动齿轮转动一圈，其上无齿部分重新位于齿轮齿条啮合处，导致驱动齿轮与竖直齿条松开，弹簧反弹，将对接于对接锥体的小型绳系卫星弹射释放；

步骤4、弹射释放之后，可用张力控制器和系绳线轴控制绳系卫星系绳张力；需要回收小型绳系卫星时，通过系绳线轴拉回小卫星，利用对接锥体进行引导对接，在对接口实现对接，对接时，弹簧提供缓冲作用；等待下一次弹射。

所述的小型绳系卫星弹射机构，其特征在于：上述第一水平基座可以开有与竖直齿条位置对应的齿条孔，便于竖直齿条向下运动时不受影响，也便于使弹射机构结构更加紧凑。

本发明的优点在于：

1．本发明相比于国际上现有的一些绳系卫星弹射机构，拥有结构简单、工作性能稳定、驱动机构不易卡死、弹射过程平稳、方向稳定准确等显著特点。

2．本发明适用于微重力物理仿真试验平台之上，可用于研究绳系卫星释放、回收的控制问题。

3．本发明不但作为一个弹射释放装置，亦是一个回收装置，可重复多次进行绳系卫星仿真试验。

本发明针对空间任务地面模拟试验的要求，设计了一种能够模拟绳系卫星弹射、回收的试验装置，可用于绳系卫星地面仿真的研制、验收和鉴定试验。

附图说明

图1是本发明小型绳系卫星弹射机构的总体结构示意图

图2是本发明小型绳系卫星弹射机构的张力控制器和系绳线轴局部示意图

图3是本发明小型绳系卫星弹射机构的弹簧驱动示意图

图4是本发明小型绳系卫星弹射机构的弹射、对接示意图

图中标号名称：1.支柱组，2.第一水平基座，3.电机基座，4.驱动电机，5.竖直滑动导杆，6.联轴器，7.驱动齿轮，8.齿轮轴支架，9.竖直齿条，10.竖直弹射导杆组，11.弹簧，12.对接口，13.对接锥体，14.拉绳组，15.拉伸穿孔，16.第二水平基座，17.张力控制器，18.系绳线轴，19.绳系卫星系绳，20.小型绳系卫星。

具体实施方式

本发明配合微重力物理仿真试验平台工作时，应水平放置。

如图3、4所示：驱动电机4运作时，通过联轴器6带动驱动齿轮7转动。驱动齿轮7上含有无齿部分，形成如下弹射过程：

1.初始状态，驱动齿轮7上无齿部分位于齿轮啮合处。

2.驱动齿轮转动后，向下拉动竖直齿条9和连接其上的拉绳组14，使对接锥体13持续压缩弹簧11。

3. 当驱动齿轮7转动一圈，其上无齿部分重新位于齿轮啮合处，导致驱动齿轮7与竖直齿条9松开，弹簧11反弹，将对接于对接锥体13的小型绳系卫星20弹射释放。

4.弹射释放之后，可用张力控制器17和系绳线轴18控制绳系卫星系绳19张力。需要回收小型绳系卫星20时，通过系绳线轴18拉回小卫星，利用对接锥体13进行引导对接，在对接口12实现对接。对接时，弹簧11提供缓冲作用。

5.需要弹射时，只需控制驱动电机4旋转一圈，即可完成一次弹射过程，因此可利用本发明重复多次绳系卫星仿真试验。