基于懸吊法和氣浮法的多自由度微重力模擬展開試驗系統研究

李海月，程 澤，趙丹妮，王浩威，李德勇，張加波，宋曉東，趙琳娜

（1.北京衛星制造廠有限公司，北京100094；2.北京空間飛行器總體設計部，北京100094；3.北京理工大學宇航學院，北京100081）

近年來，隨著航空航天技術的不斷進步，空間可展開機構在人類探索太空的活動中發揮著越來越重要的作用，如高精度天線、大功率太陽能電池陣及多自由度精密機械臂等廣泛應用于航天器［1-5］。空間可展開機構是航天器的重要組成部分，模擬其在太空微重力環境下的展開鎖定是地面微重力模擬展開試驗的重要內容。隨著空間可展開機構逐漸向多維度、多自由度的方向發展，對地面微重力試驗設備主動適應性［6-7］的要求也越來越高，既要求其能滿足多維度、多自由度的需求，還要求其具備精度高、阻力小和可靠性高的特點。

基于此，筆者通過對比目前比較成熟的微重力模擬展開試驗方法，結合懸吊法和氣浮法，擬設計一種適用于三維空間展開機械臂的多自由度微重力模擬展開試驗系統，并對其進行功能測試和模擬試驗。

1 微重力模擬展開試驗方法比較

地面微重力模擬展開試驗方法主要有懸吊法［8-12］、落塔法、水浮法［13］和氣浮法［14-20］，其中應用最為廣泛的是懸吊法。懸吊法利用繩索機構、滑輪組和配重來實現重力卸載，具有結構簡單、自由度高的優點，但也具有摩擦阻力大、精度低、滯后運動和柔性抖動耦合以及復雜運動軌跡適應性差的缺點。隨著氣浮法日漸成熟，氣浮系統的應用也日益廣泛，該系統雖具有阻力小、周期短、成本低、可靠性高和運動軌跡適應性強的優點，但對試驗平臺平面度和光滑度的要求較高，以及只能適應二維平面運動，導致其在多維空間的應用受到限制。……