基于超导钉扎效应的在轨装配新方法研究

随着宇航科技的发展，会有越来越多的大型航天器不能整体发射到太空中，利用发射车运载未装配的结构元件，进行在轨装配是有效解决途径之一。但传统的在轨装配方法面临着可能涉及危险的人工太空操作，或者复杂的机器人操作与控制等技术挑战。针对此，本项目提出了利用超导体磁通钉扎效应实现非接触式联接的在轨装配新方法。拟利用理论分析、数值模拟和地面模拟实验等手段，重点研究超导钉扎联接的作用机理、拓扑结构、驱动与控制方式以及联接的机械特性和动力学特性，为这种新型联接技术的空间应用奠定理论和技术基础。.超导钉扎联接的提出将为在轨装配开辟新的思路，该联接是一种被动的稳定，不需要主动控制，为在轨装配提供了更高的安全性和健壮性，用该方法集成一个新模块只涉及到控制其在钉扎范围内以及联接的激活，因此对危险的太空行走或复杂的机器人操作的需求大大减少。本项目研究为无机械接触的航天器结构被动联接提供了新的思路，具有广阔的应用前景。

针对目前传统航天器在轨装配技术面临控制复杂和航天员参与的风险，本课题提出了非接触模块化航天器设计的新思路。通过分析国内外非接触连接形式用于航天器研究具有的几种形式，从中选择出具有被动稳定特性的高温超导磁通钉扎效应潜在应用在航天器上的方式。并设计了两种用于航天器对接系统的钉扎对接接口，并详细分析了实现对接过程的控制顺序。同时设计出一种基于钉扎接口的可重构结构，此结构可用于航天器重构过程，并对其结构进行扩展搭建了一种钉扎可重构扩展结构。利用有限元和修正冻结镜像模型两种分析方式，对于影响磁通钉扎连接的可靠性和稳定性的钉扎连接作用力和钉扎连接刚度进行了理论分析，并利用实验对理论分析进行了验证。此外利用气浮垫气浮原理搭建了无重力试验平台，在此平台上对所设计的钉扎对接接口和钉扎可重构结构进行了可行性验证。