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空间站物资下行飞行器

阅读:879发布:2023-03-01

专利汇可以提供空间站物资下行飞行器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种空间站物资下行 飞行器 ,包括: 载荷 舱,用于承载载荷;防热壳,包围所述载荷舱,用于缓冲和 隔热 ;支承杆,位于所述载荷舱和所述防热壳之间,用于连接所述载荷舱和所述防热壳;天线,设置在所述载荷舱上;所述载荷舱和所述防热壳之间具有空心层。根据本发明的空间站物资下行飞行器成本低,载荷量大,结构合理且可靠。,下面是空间站物资下行飞行器专利的具体信息内容。

1.一种空间站物资下行飞行器,其特征在于,包括:
载荷舱(1),用于承载载荷;
防热壳(2),包围所述载荷舱,用于缓冲和隔热
支承杆(3),位于所述载荷舱(1)和所述防热壳(2)之间,用于连接所述载荷舱(1)和所述防热壳(2);
天线(4),设置在所述载荷舱(1)上;
所述载荷舱(1)和所述防热壳(2)之间具有空心层(5)。
2.根据权利要求1所述的空间站物资下行飞行器,其特征在于,所述载荷舱的直径为
740mm。
3.根据权利要求2所述的空间站物资下行飞行器,其特征在于,所述防热壳(2)的直径为1440mm。
4.根据权利要求3所述的空间站物资下行飞行器,其特征在于,所述防热壳(2)与所述空心层(5)的总厚度为350mm。
5.根据权利要求4所述的空间站物资下行飞行器,其特征在于,所述支承杆(3)至少设置有6根。
6.一种利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,包括以下步骤:
a.将防热壳(2)和载荷舱(1)分别置于货运飞船的货包中,随货运飞船上行;
b.在停靠空间站期间,将下行载荷装入载荷舱(1),然后将防热壳(2)安装在载荷舱(1)上;
c.将载有下行载荷的下行飞行器固定在货运飞船中;
d.空间站物资下行飞行器随货运飞船与空间站分离;
e.空间站物资下行飞行器与货运飞船下行并解体,完成返航。
7.根据权利要求6所述的利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,其特征在于,在所述c步骤中,空间站物资下行飞行器通过支架与货运飞船中的货物舱的货架进行连接,并且固定在货物舱的通道中间。
8.根据权利要求6所述的利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,其特征在于,在所述d步骤中,待货运飞船执行完最后一次离轨脉冲后,以物资下行飞行器返回陆地所需的固定度飞行,滚动方向按一定角速度旋转,物资下行飞行器随船体一同旋转。
9.根据权利要求6所述的利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,其特征在于,在所述e步骤中,货运飞船承载物资下行飞行器进入大气层,货运飞船烧蚀解体,物资下行飞行器通过自旋按预计轨迹穿过大气层返航。

说明书全文

空间站物资下行飞行器

技术领域

[0001] 本发明涉及空间站物资下行领域,尤其涉及一种空间站物资下行飞行器。

背景技术

[0002] 国际空间站前期主要依靠航天飞机实现载荷下行,航天飞机退役后,采用“联盟”载人飞船以及“龙”飞船下行。目前我国能够实现空间站载荷下行运输的航天器只有神舟载人飞船。根据我国空间站上行载荷规模,以及国际空间站下行载荷与上行载荷的比例,估算我国空间站运营阶段下行载荷重量至少为6吨。而目前神舟载人飞船下行能仅为50kg,空间站运营阶段总下行能力不超过1吨,远不能满足未来空间站运营对载荷下行的需求。
[0003] 我国空间站在2022年前后即将投入正式运营,而新一代飞船或新型返回飞行器的研制都难以满足时间进度需求,且研制成本很高。如果我国空间站开始运营,尚没有可用的大批量载荷下行技术,将导致大量实验产品积压,严重降低了我国空间站的效益。
[0004] 因此目前迫切需要一种低成本、具有工程实施性的的空间站物资下行器,在不多的时间内完成工程研制,进入实用阶段,以满足我国空间站迫在眉睫的需求。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种低成本、具有工程实施性的载荷量大的空间站物资下行飞行器。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供一种空间站物资下行飞行器,包括:
[0007] 载荷舱,用于承载载荷;
[0008] 防热壳,包围所述载荷舱,用于缓冲和隔热
[0009] 支承杆,位于所述载荷舱和所述防热壳之间,用于连接所述载荷舱和所述防热壳;
[0010] 天线,设置在所述载荷舱上;
[0011] 所述载荷舱和所述防热壳之间具有空心层。
[0012] 根据本发明的一个方面,所述载荷舱的直径为740mm。
[0013] 根据本发明的一个方面,所述防热壳的直径为1440mm。
[0014] 根据本发明的一个方面,所述防热壳与所述空心层的总厚度为350mm,。
[0015] 根据本发明的一个方面,所述支承杆至少设置有6根。
[0016] 为实现上述目的,本发明提供一种利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,包括以下步骤:
[0017] a.将防热壳和载荷舱分别置于货运飞船的货包中,随货运飞船上行;
[0018] b.在停靠空间站期间,将下行载荷装入载荷舱,然后将防热壳安装在载荷舱上;
[0019] c.将载有下行载荷的下行飞行器固定在货运飞船中;
[0020] d.空间站物资下行飞行器随货运飞船与空间站分离;
[0021] e.空间站物资下行飞行器随货运飞船下行,完成返航。
[0022] 根据本发明的一个方面,在所述c步骤中,空间站物资下行飞行器通过支架与货运飞船中的货物舱的货架进行连接,并且固定在货物舱的通道中间。
[0023] 根据本发明的一个方面,在所述d步骤中,待货运飞船执行完最后一次离轨脉冲后,以物资下行飞行器返回陆地所需的固定度飞行,滚动方向按一定角速度旋转,物资下行飞行器随船体一同旋转。
[0024] 根据本发明的一个方面,在所述e步骤中,货运飞船承载物资下行飞行器进入大气层,货运飞船烧蚀解体,物资下行飞行器通过自旋按预计轨迹穿过大气层返航。
[0025] 根据本发明的空间站物资下行飞行器,不需要增设诸如漂浮、减振缓冲、弹射和起旋等装置,使得本发明的空间站物资下行飞行器的成本更低,同时,因为本发明的空间站物资下行飞行器中的载荷舱、防热壳和空心层等结构的连接关系和结构尺寸的设置,使得本发明的空间站物资下行飞行器的结构合理可靠,能够装载大量的载荷以外,还能够确保飞
行器安全返航,不会因为冲击或者撞击导致整体破损。另外,本发明的飞行器的电池续航时间可达至少30天以上,可为海面搜寻工作留有充足时间,节省搜寻成本。
附图说明
[0026] 图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的空间站物资下行飞行器的结构布置图;
[0027] 图2示意性表示根据本发明的空间站物资下行飞行器装载于货运飞船中的结构图。

具体实施方式

[0028] 为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些
实施方式,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 在针对本发明的实施方式进行描述时,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系,其仅是为了便于描述本发明和简化描述,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,因此上述术语不能
理解为对本发明的限制。
[0030] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述,实施方式不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0031] 图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的空间站物资下行飞行器的结构布置图。如图1所示,根据本发明的空间站物资下行飞行器包括载荷舱1,防热壳2,支承杆3以及天线4。根据本发明的空间站物资下行飞行器的载荷舱1和防热壳2之间具有空心层5。在本
实施方式中,载荷舱位于本发明的下行飞行器的中心位置,防热壳2呈圆环状结构从外侧包围载荷舱1。在本实施方式中,支承杆3从载荷舱1的外表面以及防热壳2的内表面将两者相
互固定连接。根据本发明的空间站物资下行飞行器中至少设置六根支承杆3。在本实施方式中,如图1所示,空间站物资下行飞行器设置有六根支承杆3,且六根支承杆3有序排布,即每两根支承杆3之间的角度为90°。在本发明中,天线4设置在载荷舱1上。如图1所示,在本实施方式中,空间站物资下行飞行器设置有两对天线,两对天线相对设置,且相应的设置在相对的两根支承杆3旁。如图1所示,具体为一对天线4的其中一根位于支承杆3的一侧,另一根位于支承杆3的另外一侧。
[0032] 根据本发明的空间站物资下行飞行器的载荷舱1的直径为740mm。防热壳2的直径为1440mm,防热壳2与空心层5的总厚度为350mm。
[0033] 根据本发明的空间站物资下行飞行器,为了充分提高下行载荷的有效空间,在满足可进出对接口的约束下,载荷舱1的直径设置为740mm,这样可以保证下行载荷的有效装
载空间不少于50mm*50mm*50mm。防热壳2由航天员在轨安装,可充分利用货运飞船的货物舱通道空间,因此空间站物资下行飞行器的总体直径可达1440mm。防热壳2与载荷舱1之间具
有空心层5,防热壳2通过支承杆3与载荷舱1连接。在本发明中,空心层5具有两个作用:第一,为伸出舱体表面的天线4提供空间,避免了天线4从防热壳2伸出所需的天线伸出机构;
第二,尽量减小物资下行飞行器的密度,以便于飞行器返航时溅落海上后可以自动漂浮起
来,避免了增设气囊灯漂浮装置。由此可知,根据本发明的空间站物资下行飞行器的整体结构合理可靠,不需要增设其他的辅助装置,使得本发明的飞行器成本更低,同时载荷量更
大。
[0034] 与此同时,为了使本发明的空间站物资下行飞行器的结构进一步简单可靠,不采用诸如降落伞和反推发动机等着陆缓冲装置,要求舱体具备很强的抗冲击能力,所以本发
明中的设置在载荷舱1和防热壳2之间的支承杆3具备减振缓冲功能。同时,在本发明中,防热壳2为多层结构,或者采用充气式隔热结构,以使得其具有吸振缓冲功能。
[0035] 图2示意性表示根据本发明的空间物资下行飞行器装载在货运飞船中的结构图。如图2所示,根据本发明的空间站物资下行飞行器是通过货运飞船6获得上行和下行的动力
的。如图2所示,货运飞船6包括能够装入本发明的飞行器的对接口601,支承本发明飞行器的货架602,以及盛放本发明的飞行器的货物舱通道603。在本实施方式中,空间站物资下行飞行器通过两根支架604支承在货架上。
[0036] 根据本发明的空间站物资下行飞行器和承载其上行或者下行的货运飞船的上述设置,本发明还提出一种利用空间站物资下行飞行器货运载荷的方法,包括步骤如下:
[0037] a.将防热壳和载荷舱分别置于货运飞船的货包中,随货运飞船上行;
[0038] b.在停靠空间站期间,将下行载荷装入载荷舱,然后将防热壳安装在载荷舱上;
[0039] c.将载有下行载荷的下行飞行器固定在货运飞船中;
[0040] d.空间站物资下行飞行器随货运飞船与空间站分离;
[0041] e.空间站物资下行飞行器随货运飞船下行,完成返航。
[0042] 在上述a步骤中,首先要通过地面总装阶段,防热壳处于预制拼或者非展开状态,这样以便于通过货运飞船的对接口601。
[0043] 在上述b和c步骤中,停靠空间站期间,由航天员将下行载荷装入载荷舱1,然后将防热壳2固定在载荷舱1上,再将装配好的物资下行飞行器通过支架604与货物舱货架602连
接,从而将飞行器固定在货物舱通道603中间。
[0044] 在上述d步骤中,待货运飞船执行完最后一次离轨脉冲后,以物资下行飞行器返回陆地所需的固定角度飞行,滚动方向按一定角速度旋转,物资下行飞行器随船体一同旋转。
[0045] 在上述e步骤中,货运飞船承载物资下行飞行器进入大气层,货运飞船烧蚀解体,船体各部分由于旋转离心力的作用被抛离轨迹方向。物资下行飞行器通过自旋按预计轨迹
穿过大气层溅落海面上。
[0046] 随后,物资下行飞行器在海面上漂浮,根据本发明的物资下行飞行器上设置有AIS系统,通过AIS系统发出信号供救援船只前往搜寻打捞。
[0047] 根据本发明的上述设置和方法,充分利用货运飞船密封舱空间,航天员在轨组装物资下行飞行器,使载荷装载空间最大化,同时有足够的空间通过结构设计,实现高强度抗碎片撞击与着水冲击、整体低密度以自动漂浮海上,避免了增设降落伞、气囊等着陆系统;
充分利用货运飞船与空间站分离、降轨、起旋、再入,以无控的弹道再入式返回并溅落海上,避免了装设弹射、起旋装置,同时消除了弹射对货运飞船对接口安装的约束;利用广泛应用于船舶的AIS(船舶自动识别系统),以奖金方式吸引附近船只前往搜索打捞,在约定港口交付我方,实现空间站货物的低成本下行回收。
[0048] 为实现空间站物资低成本下行,空间站物资下行飞行器的载荷舱1采用重复使用技术。载荷舱1设备主要包括减振缓冲装置、电池、着陆搜寻信标机与信标天线、AIS系统、载荷环境维持装置。从以下两方面实现载荷舱的重复使用:
[0049] 第一,平台设备尽量安装在舱体边缘不规则处,将载荷置于舱中央空间;合理设计载荷装载空间,满足空间站大多数下行载荷安放需求,具备经过改装满足特殊载荷需求的能力,尽量提高载荷舱1内空间利用效率。
[0050] 通过整舱的减振缓冲设计,保证载荷舱1的舱体结构及设备不受着陆冲击的损害;通过舱体的密封设计,保证海面漂浮期间载荷舱不受海水、盐雾的侵蚀。
[0051] 低成本、低密度、抗撞击、吸振防热结构是空间站物资下行飞行器的关键技术。防热壳2为一次使用,应当低成本;防热壳2密度低,可有效降低物资下行飞行器整体密度;为防止再入过程中,货运飞船未烧蚀充分部分碰撞物资下行飞行器、使防热壳失效,需要防热壳抗撞击能力强;为减小着水时载荷舱受到的冲击,需要防热壳2具有一定吸振能力。由于防热壳2空间充裕,因此可以使用足够厚度的低成本烧蚀材料,与非金属结构材料构成多层结构,即使表面防热材料层被撞击或磨损失效,由于结构材料层的保护,内层防热材料层仍可发挥烧蚀防热的作用,并且合理设计多层结构,可吸收一定的振动。
[0052] AIS广泛应用于船舶,已成为各国政府管理船舶的重要手段。每艘合法船只都配置了AIS,可以相互定位。返回舱配置AIS,附近其他船只都可以通过AIS定位技术搜寻打捞,以奖金形式吸引其到约定港口交还我方。同时还可利用AIS的国际通用性确保返回舱不会被
其他船只“偷走”。
[0053] 以上所述仅为本发明的一个方案而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修
改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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