全新空间交会对接系统

欧洲航天局(ESA)正在研究一种新系统,可以使两个航天器之间的对接变得容易。maxon为此而开发了两种特殊的驱动系统。

即使之前已进行过很多次,但在太空中两个物体之间的对接操作一向是一个微妙且有潜在危险的过程。 不但速度极快(在国际空间站约为28,000 km/h),同时校正上也很困难。 举例来说,当两个物体即将相遇时,就不再使用机动推进器,因其排气羽流可能会造成损坏。 为了避免发生损坏,货物运输工具会被安装在国际空间站(ISS)中的机械臂抓住,然后手动进行停靠。 另一方面,载人航天器则是直接以计算机控制过程停靠。

这类对接操作将来会变得越来越容易、安全,因此欧洲航天局(ESA)已委托其行业合作伙伴设计了一种新的对接系统,称为IBDM(国际停泊和对接机构)。 此系统符合全球领先的航天机构都认可的国际对接系统标准(IDSS)。 因此,该系统与国际空间站(ISS)和其他大多数的航天器均可兼容。 该机构的第一个任务将落在逐梦者太空飞机(Dream Chaser)上,这艘看起来像紧凑型航天飞机的航天器不久将飞往国际空间站执行货运飞行。内华达山脉公司(Sierra Nevada Corporation)正在开发这种航天器。

吸收对接能量

IBDM是一种异体同构耦合系统。 这意味着连接器的两侧相同。 其包括一个刚性内圈(刚性连接系统)和一个柔性外圈(柔性连接系统),具有六个自由度和力传感器。 外圈首先会吸收对接能量。 然后进行最后的气密连接,并通过机械挂钩将两个航天器紧紧地拉在一起。
SENER负责开发并安装刚性连接系统。 该公司目前正在研究鉴定样机,将在2020年进行测试。“到那时候,IBDM需要尽快用于国际空间站的补给飞行”,SENER的Gabriel Ybarra说。 下一步工作之一便是美国国家航空航天局计划利用它将月球空间站绕行月球进入轨道,可作为将来载人前往火星的发射点。

双系统提供最大安全性

对于SENER的工程师来说,这是一个具有挑战性的项目: “我们首先需要完全理解欧洲航天局和美国国家航空航天局设定的所有要求,并了解如何满足这些要求。 尤其是在安全方面,因为对接机构还要能够应付载人飞行。”除了重量轻并提供所需的转矩外,所使用的电动传动系统还必须非常可靠。 这就是SENER与精密驱动专业公司maxon合作多年的原因。

maxon的工程师已经为SENER开发了两个驱动执行器,可用于执行多种功能。 第一个执行器包括两个无刷EC-4pole电机和一个GPX UP齿轮箱。 12个执行器为IBDM对接机构中的锁定挂钩提供动力。 第二个执行器结合了一个扁平电机和一个行星齿轮箱。 其使用在11个地方,以管理插入式连接和固定孔以及其他辅助功能。

由于IBDM对接机构是对飞行至关重要的应用,因此需要冗余驱动系统。 即使主驱动机构发生故障,备份系统必须正常运行。 这通常可以通过在紧急情况下接管的备份电机加以解决。 这是用于锁定挂钩执行器的方法。 但对于其他驱动系统而言,maxon工程师发现了另一种非常规的解决方案:仅使用额外的定子实现冗余电机功能。 因此,扁平电机配备有两个定子,即具有两个绕组,每一个都能够独立驱动转子,这种独创的解决方案,在确保安全性的同时也节省了空间。

Gabriel Ybarra赞扬了与maxon的合作: “团队在了解到我们的要求后,会很快进行设计更改”。此外,双方对机电系统都非常热衷。 “从参与设计到生产再到测试的整个过程会让人感到心满意足。 这正是令人感兴趣的地方。 当系统首次运行时,就像看着您的孩子迈出人生第一步一样。”

 © maxon motor ag

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