一种轨道服务飞行器系统的制作方法

本发明属于航天，尤其涉及一种轨道服务飞行器系统。

背景技术：

1、以载人空间站为代表的空间轨道大型航天器，需要定期或不定期进行补给、维修维护，以维持这些大型航天器在轨的正常运行。

2、补给货物运输方面，传统的方式，所有的补给货物均由运载火箭发射具备独立飞行能力的货运飞船(或航天飞机)与空间站交会对接进行运输。由于货运飞船系统复杂，成本高昂，空间站货物补给的经济性不佳。为降低成本，一般采用定期集中发射补给的方式，使得灵活性不高。空间轨道的货物运输，真正需要的是补给货物，而上述方式运输货物的货运飞船的成本远高于货物。因此，如果简化补给货物由地面发射至空间轨道的系统模式，尽量简化补给货物运输的硬件配置，是降低空间轨道运输服务成本的有效手段。

3、航天器在轨维修维护方面，一般载人空间站具备一定的自行维修维护能力，而其它无人的轨道站或大型卫星并不具备自行维修维护能力。因此，急需采用一种以多功能的轨道服务飞行器为核心的飞行器系统，同时满足空间轨道航天器补给货物运输和在轨维修维护需求。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，设计一种以多功能的轨道服务飞行器为核心的飞行器系统，同时满足空间轨道航天器补给货物运输和在轨维修维护需求。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轨道服务飞行器系统，其特征在于，其包括多功能服务飞行器和货舱，其运行流程包括：

3、a.多功能服务飞行器先行通过运载火箭发射至待命轨道独立飞行，等待服务需求指令；根据空间轨道服务需求内容，地面配置相应的货物，由货舱装载，通过运载火箭发射至货舱交接轨道，等待多功能服务飞行器交会；

4、b.多功能服务飞行器接到服务指令，由待命轨道降轨至货舱交接轨道，与已在货舱交接轨道的货舱实施交会；货舱与运载火箭末子级组合体在多功能服务飞行器配合下进行姿态稳定，多功能服务飞行器通过货舱上的合作靶标进行引导不断逼近，直至多功能服务飞行器上携带的机械臂通过对货舱上的抓捕适配器实现捕获；

5、c.多功能服务飞行器通过自身及货舱上的对接停靠机构，实现与货舱的连接，随后货舱与运载火箭末子级解锁分离，这样就形成了多功能服务飞行器与货舱的组合体；多功能服务飞行器与货舱组合体在多功能服务飞行器推进下转移至被服务对象轨道，与后者实施交会对接，形成新的组合体；

6、d.货舱内携带的货物被搬运至空间站指定位置；同时多功能服务飞行器通过携带的机械臂、末端工具等设备，根据需要对空间站进行相应的其它服务；

7、e.完成服务作业后，多功能服务飞行器与货舱组合体与空间站分离，通过轨道机动转移至弃置轨道；多功能服务飞行器在弃置轨道将货舱分离，使之再入大气层烧毁；多功能服务飞行器重新机动至待命轨道，等待下一次服务任务指令。

8、进一步的是，所述货舱包括密封型货舱和非密封型货舱，所述系统根据任务需求选择对应的货舱类型。

9、进一步的是，所述货舱配置了与多功能服务飞行器相匹配的合作靶标、抓捕适配器及对接停靠机构被动端，可实现多功能服务飞行器在轨捕获与连接。

10、进一步的是，所述密封型货舱包括对接停靠机构被动端、星箭对接框、抓捕适配器，对接停靠机构被动端和星箭对接框位于货舱两端，分别用于与多功能服务飞行器和空间站、火箭连接，抓捕适配器位于货舱外壳上。

11、进一步的是，所述密封型货舱通过运载火箭发射至目标轨道，提供增压环境下货物补给，直接由航天员进行搬运至空间站密封舱的货物，包括生活物资，以及空间站运行、在轨试验的相关设备仪器等货物，主要面向载人空间站。

12、进一步的是，所述非密封型货舱包括对接停靠机构被动端、抓捕适配器、货包、货包连接机构、星箭对接框，对接停靠机构被动端和星箭对接框位于货舱两端，分别用于与多功能服务飞行器和空间站、火箭连接，抓捕适配器位于货舱外壳上，货包通过货包连接机构固定在货舱外壳上。

13、进一步的是，所述非密封型货舱通过运载火箭发射至目标轨道，提供直接暴露在空间环境下的货物，包括空间试验装置、推进剂、维修备件及设备。

14、进一步的是，所述多功能服务航天器是一个具备独立飞行能力的航天器，包括：功能舱、推进舱、对接停靠机构主动端、机械臂、太阳翼，功能舱和推进舱上下连接构成多功能服务航天器主体，机械臂和太阳翼安装在功能舱外壳上，对接停靠机构主动端位于功能舱顶部。

15、进一步的是，所述多功能服务飞行器通过运载火箭发射后长期在轨待命，根据服务需求进行轨道机动，机动至被服务航天器附近，通过机械臂实施抓捕，与被服务对象实现连接。

16、进一步的是，所述货舱由运载火箭末子级进行轨道与姿态控制。

17、本发明具有以下优点：

18、(1)相比传统补给运输每次需要发射系统复杂、功能完备的货运飞船，本发明每次仅需发射系统大大简化的密封型货舱或非密封型货舱，补给运输成本可显著降低。

19、(2)多功能服务飞行器除进行货物接驳转运功能外，还可以对在轨航天器进行维修维护服务，相比传统货运飞船大大扩展了功能。

20、(3)低成本的密封型货舱或非密封型货舱为一次性使用，而多功能服务飞行器具备长期在轨服务能力，可以多次往复进行货物接驳转运，通过推进剂在轨补加后，可进一步延长使用寿命。

21、本发明采用了一种以多功能的轨道服务飞行器为核心的飞行器系统，同时满足空间轨道航天器补给货物运输和在轨维修维护需求，具有任务功能多样、灵活性强、综合经济性好的优点，可应用于载人空间站、近地轨道站或其它大型航天器的在轨服务。

技术特征：

1.一种轨道服务飞行器系统，其特征在于，其包括多功能服务飞行器和货舱，其运行流程包括：

2.如权利要求1所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述货舱包括密封型货舱和非密封型货舱，所述系统根据任务需求选择对应的货舱类型。

3.如权利要求1所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述货舱配置了与多功能服务飞行器相匹配的合作靶标、抓捕适配器及对接停靠机构被动端，可实现多功能服务飞行器在轨捕获与连接。

4.如权利要求2所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述密封型货舱包括对接停靠机构被动端、星箭对接框、抓捕适配器，对接停靠机构被动端和星箭对接框位于货舱两端，分别用于与多功能服务飞行器和空间站、火箭连接，抓捕适配器位于货舱外壳上。

5.如权利要求4所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述密封型货舱通过运载火箭发射至目标轨道，提供增压环境下货物补给，直接由航天员进行搬运至空间站密封舱的货物，包括生活物资，以及空间站运行、在轨试验的相关设备仪器等货物，主要面向载人空间站。

6.如权利要求2所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述非密封型货舱包括对接停靠机构被动端、抓捕适配器、货包、货包连接机构、星箭对接框，对接停靠机构被动端和星箭对接框位于货舱两端，分别用于与多功能服务飞行器和空间站、火箭连接，抓捕适配器位于货舱外壳上，货包通过货包连接机构固定在货舱外壳上。

7.如权利要求6所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述非密封型货舱通过运载火箭发射至目标轨道，提供直接暴露在空间环境下的货物，包括空间试验装置、推进剂、维修备件及设备。

8.由权利要求1所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述多功能服务航天器是一个具备独立飞行能力的航天器，包括：功能舱、推进舱、对接停靠机构主动端、机械臂、太阳翼，功能舱和推进舱上下连接构成多功能服务航天器主体，机械臂和太阳翼安装在功能舱外壳上，对接停靠机构主动端位于功能舱顶部。

9.如权利要求8所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述多功能服务飞行器通过运载火箭发射后长期在轨待命，根据服务需求进行轨道机动，机动至被服务航天器附近，通过机械臂实施抓捕，与被服务对象实现连接。

10.如权利要求1所述的一种轨道服务飞行器系统，其特征在于：所述货舱由运载火箭末子级进行轨道与姿态控制。

技术总结
本发明公开了一种轨道服务飞行器系统，其包括多功能服务飞行器和货舱，其运行流程包括：a.多功能服务飞行器先行通过运载火箭发射至待命轨道独立飞行，货物由货舱装载，通过运载火箭发射至货舱交接轨道；b.多功能服务飞行器与已在货舱交接轨道的货舱实施交会；c.形成了多功能服务飞行器与货舱的组合体；在多功能服务飞行器推进下转移至被服务对象轨道；d.货舱内携带的货物被搬运至空间站指定位置；e.多功能服务飞行器与货舱组合体与空间站分离。本发明同时满足空间轨道航天器补给货物运输和在轨维修维护需求，具有任务功能多样、灵活性强、综合经济性好的优点，可应用于载人空间站、近地轨道站或其它大型航天器的在轨服务。

技术研发人员：朱俊杰,原潇,严晨,柴煜,王震,欧阳文,肖余之,吴建桔,靳宗向,靳永强
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23