基于懸吊法和氣浮法的多自由度微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)系統(tǒng)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(wèi)星制造廠有限公司，北京100094；2.北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京100094；3.北京理工大學(xué)宇航學(xué)院，北京100081）

近年來(lái)，隨著航空航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)在人類探索太空的活動(dòng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，如高精度天線、大功率太陽(yáng)能電池陣及多自由度精密機(jī)械臂等廣泛應(yīng)用于航天器［1-5］。空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)是航天器的重要組成部分，模擬其在太空微重力環(huán)境下的展開(kāi)鎖定是地面微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)的重要內(nèi)容。隨著空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)逐漸向多維度、多自由度的方向發(fā)展，對(duì)地面微重力試驗(yàn)設(shè)備主動(dòng)適應(yīng)性［6-7］的要求也越來(lái)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(diǎn)。

基于此，筆者通過(guò)對(duì)比目前比較成熟的微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)方法，結(jié)合懸吊法和氣浮法，擬設(shè)計(jì)一種適用于三維空間展開(kāi)機(jī)械臂的多自由度微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行功能測(cè)試和模擬試驗(yàn)。

1 微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)方法比較

地面微重力模擬展開(kāi)試驗(yàn)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(yīng)用最為廣泛的是懸吊法。懸吊法利用繩索機(jī)構(gòu)、滑輪組和配重來(lái)實(shí)現(xiàn)重力卸載，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由度高的優(yōu)點(diǎn)，但也具有摩擦阻力大、精度低、滯后運(yùn)動(dòng)和柔性抖動(dòng)耦合以及復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡適應(yīng)性差的缺點(diǎn)。隨著氣浮法日漸成熟，氣浮系統(tǒng)的應(yīng)用也日益廣泛，該系統(tǒng)雖具有阻力小、周期短、成本低、可靠性高和運(yùn)動(dòng)軌跡適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)平面度和光滑度的要求較高，以及只能適應(yīng)二維平面運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其在多維空間的應(yīng)用受到限制。……