用于空间站的商业化标准空间试验平台的制作方法

1.本发明涉及空间站科学实验设备技术领域，具体涉及用于空间站的商业化标准空间试验平台。


背景技术：

2.中国载人空间站支持开展大规模多学科的空间科学研究、技术验证和空间应用，航天员可参与实验操作、实验样品可返回、天地信息可传输，为开展多学科、系列化和长期的空间研究提供了历史性机遇，也为商业空间试验项目的开展提供了契机。
3.虽然在国内开展商业空间试验业务尚处于起步阶段，但越来越多非空间领域的高校、科研院所、公司企业等研究机构期待在中国载人空间站开展空间试验研究。而空间科学实验设备是开展空间试验研究的必要硬件设施.
4.现阶段，国内大多利用专用实验装置开展研究，耗资巨大，其开发成本是限制商业空间试验需求用户开展空间科学研究的一大主要因素。另一方面，空间试验装置的研制技术复杂程度高，涉及空间站、飞船、总装测试、航天员操作等多方面的技术接口协调工作，也是非空间领域研究机构开展商业空间试验的另一大障碍。此外，利用商业空间试验平台改变重力环境，开展变重力对照试验，也是目前需解决的技术难题。
5.因此，研发一种接口标准化，实验单元模块化、可提供变重力环境的商业化标准空间试验平台，具有重要的意义。


技术实现要素：

6.为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了用于空间站的商业化标准空间试验平台，具体的技术方案为：
7.用于空间站的商业化标准空间试验平台，其包括标准抽屉模块及安装于标准抽屉模块内的电控模块、离心机模块，其中：
8.标准抽屉模块设置有用于对外与空间站机柜机、电、热接口相连接的标准接口，以及用于对内连接平台其他模块的机、电、热接口；
9.电控模块对外与空间站机柜供电、测控、通信接口连接，对内为各模块供电、提供数据传输通道，并控制整个平台运行；
10.离心机模块，包括离心组件和实验单元，用于提供变重力实验环境；
11.离心组件，包括动力传输机构、旋转台，通过旋转提供离心力；
12.所述旋转台设置有实验单元电接头；
13.实验单元，通过电连接插头与离心组件旋转台的实验单元电接头连接并进行数据传输，用于开展变重力实验研究。
14.优选的方案中，电控模块具体设置如下：
15.左右两侧设置有滑道安装接口，可安装滑道与标准抽屉模块内侧滑道连接，方便电控模块在平台的插拔；
16.前侧设置有电源接口，用于与空间站机柜供电系统连接，为平台供电；
17.遥测接口、usb接口、以太网接口，与空间站机柜信息系统连接，实现数据传输与指令输入；
18.把手，方便抓握在平台中插拔电控模块；
19.显示器，可现实平台离心机转速等参数指标；
20.上侧，设置有立方体实验模块电接口、微重力实验电接口、离心机模块电接口，为各实验模块供电并提供数据传输；设置有机械接口，可通过螺钉与各实验模块机械连接；设置有散热孔，为电控模块散热；
21.后侧，设置有散热孔，为电控模块散热；
22.计算机单元，为平台的智能控制核心，可实现各实验模块指令程序智能控制以及通信控制；
23.电源变换单元，控制凭条电压转换和电力供应。
24.优选的方案中，标准抽屉模块包括前面板、上下盖板、左右侧板和后面板；其中：
25.前面板上设置有防脱螺栓部件接口，可安装防脱螺栓组件，固定到空间站实验柜对应的梁上；
26.手柄接口，可安装手柄，方便抓握在空间站实验柜标准模块空间单元插拔平台；
27.锁紧机构接口，可安装锁紧机构，与左右侧板上的对应部件配合，用于在轨锁紧及解锁操作；
28.观察窗，空间站机柜供电、测控、通信接口通过观察窗与电控模块连接；
29.铰链部件接口，可安装销栓，与下盖板相对应部件形成铰链，前面板可围绕铰链旋转，打开前面板进行实验模块更换等操作；
30.下盖板设置有铰链部件接口，可安装销栓，与前面板相对应部件形成铰链；
31.左右侧板设置有滑道安装接口，外侧安装外侧滑道，方便平台在机柜标准载荷单元空间上的插拔；内侧可安装内侧滑道，方便电控模块在平台的插拔；
32.后面板设置有散热模块安装接口，可安装风扇用于平台散热，同时与空间站机柜风冷接口连接。
33.优选的方案中，所述离心组件由动力传输机构、壳体、布线管、旋转台组成；
34.动力传输机构包括步进电机、导电滑环、转接轴；
35.步进电机，提供动力，带动离心组件旋转台旋转提供变重力环境，其通过螺栓与电控模块上侧机械接口连接固定；上侧设置有机械接口，与导电滑环机械连接；旋转轴与转接轴连接；
36.导电滑环，其定子边通过螺钉与步进电机上侧连接固定；转子边与转接轴固定，并在转接轴带动下旋转；转子出线，可通过布线管为实验单元供电并提供数据传输；
37.转接轴，一侧与步进电机旋转轴连接，中部与导电滑环转子边连接，另一侧与壳体连接固定，并在步进电机带动下旋转；
38.壳体，包裹动力传输机构，与动力传输机构转接轴固定连接，并在其带动下旋转；侧面与布线管连接；
39.布线管，一侧与壳体相连，一侧与旋转台相连，导电滑环的转子出线可通过其内部与旋转台扇形实验单元电接头连接，为其供电并提供数据传输。
40.优选的方案中，离心机模块包括方形离心机模块与扇形离心机模块，其实验单元分别为扇形实验单元与方形实验单元。
41.优选的方案中，还包括微重力实验模块，所述微重力实验模块可安装多个方形实验单元，用于开展微重力生物实验研究，与离心机模块的变重力实验形成对照实验；
42.包括微重力实验模块电连接插头，与电控模块上侧微重力实验模块电接头连接，为微重力实验模块供电并提供数据传输；机械接口，通过螺钉与电控模块上侧机械接口连接固定；方形实验单元安装接口，安装方形实验单元并对其限位固定；方形实验单元电接口，为方形实验单元供电并提供数据传输。
43.优选的方案中，还包括立方体实验模块，所述立方体实验模块设置有电连接插头，与电控模块上侧立方体实验模块电接头连接，为立方体实验模块供电并提供数据传输；设置有机械接口，通过螺钉与电控模块上侧机械接口连接固定。
44.优选的方案中，还包括散热模块，所述散热模块包括电控模块上侧与后侧的散热孔，以及安装于标准抽屉模块后面板的风扇，风扇与空间站机柜风冷接口连接，用于平台散热。
45.本发明所达到的有益效果为：
46.本发明提供的用于空间站的商业化标准空间试验平台，该平台实现接口标准化，实验单元模块化，商业空间试验用户可根据实验需求以此标准研制1u为基础的立方体实验模块开展实验，或扇形实验模块、方形实验单元开展微重力实验的对照变重力试验；平台具备离心机模块，可提供变重力环境，开展变重力对照试验，对满足商业空间试验应用最广泛的生物领域研究在原位对照实验数据获取与分析上的需求尤为重要；平台提供标准接口与架构，空间试验需求客户只需自行研制标准化实验模块，将有效降低开发成本，缩短周期，对有意开展空间试验研究的商业客户至关重要，因此具有巨大的潜在用于价值。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
48.图1为本发明的用于空间站的商业化标准空间试验平台结构示意图；
49.图2为标准抽屉模块外部结构示意图；
50.图3为标准抽屉模块内部结构示意图；
51.图4为电控模块结构示意图；
52.图5为离心机模块布局示意图；
53.图6为离心机模块离心组件结构示意图；
54.图7为离心机模块旋转机构结构示意图；
55.图8为离心机模块的另一个实施例的布局示意图；
56.图9为离心机模块的另一个实施例的离心组件结构示意图；
57.图10为微重力实验模块布局结构示意图。
58.图中，
59.1、标准抽屉模块；2、方形离心机模块；3、散热模块；4、扇形离心机模块；5、微重力实验模块；6、立方体实验模块；7、电控模块；8、左右侧板；9、滑道a；10、上下盖板；11、防脱螺栓部件；12、手柄；13、前面板；14、铰链部件；15、锁紧机构；16、后面板；17、风扇接口；18、滑道b；19、电源接口；20、测控接口；21、usb接口；22、把手；23、显示器；24、以太网接口；25、滑道c；26、立方体实验模块电接口；27、散热孔；28、微重力实验模块电接口；29、离心机模块电接口；30、扇形实验单元；31、离心组件；32、旋转台；33、动力传输机构；34、壳体；35、布线管；36、扇形实验模块电接口；37、转接轴；38、导电滑环；39、步进电机；40、方形实验单元；41、限位机构；42、方形实验单元电接口；43、外壳；44、方形实验单元安装接口。
具体实施方式
60.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
61.参照图1-图10，用于空间站的商业化标准空间试验平台，包括标准抽屉模块1、电控模块7、离心机模块、微重力实验模块5、立方体实验模块6、散热模块3。
62.标准抽屉模块1，对外为平台提供与空间站机柜机、电、热接口相连接的标准接口单元，对内为平台其他模块提供机、电、热接口，包括前面板13、上下盖板10、左右侧板8和后面板16。
63.前面板13上具有：
64.防脱螺栓部件11接口，可安装防脱螺栓组件，固定到空间站实验柜对应的梁上。
65.手柄12接口，可安装手柄12，方便抓握在空间站实验柜标准模块空间单元插拔平台。
66.锁紧机构15接口，可安装锁紧机构15，与左右侧板8上的对应部件配合，方便在轨锁紧及解锁操作。
67.观察窗，可观察电控模块7显示器23，同时空间站机柜供电、测控、通信接口可通过观察窗与电控模块7连接。
68.铰链部件14接口，可安装销栓，与下盖板相对应部件形成铰链，前面板13可围绕铰链旋转，打开前面板13进行实验模块更换等操作。
69.下盖板具有铰链部件14接口，可安装销栓，与前面板13相对应部件形成铰链。
70.左右侧板8具有滑道安装接口，外侧可安装外侧滑道，方便平台在机柜标准载荷单元空间上的插拔；内侧可安装内侧滑道，方便电控模块7在平台的插拔。
71.后面板16具有散热模块3安装接口，可安装风扇用于平台散热，同时与空间站机柜风冷接口连接。
72.电控模块7，对外与空间站机柜供电、测控、通信接口连接，对内为各实验模块供电并提供数据传输，并控制整个平台运行。
73.左右两侧具有滑道安装接口，可安装滑道与标准抽屉模块1内侧滑道连接，方便电控模块7在平台的插拔。
74.前侧具有：
75.电源接口19，与空间站机柜供电系统连接，为平台供电。
76.遥测接口、usb接口21、以太网接口24，与空间站机柜信息系统连接，实现数据传输与指令输入。
77.把手22，方便抓握在平台中插拔电控模块7。
78.显示器23，可现实平台离心机转速等参数指标。
79.上侧，具有立方体实验模块电接口26、微重力实验电接口、离心机模块电接口29，为各实验模块供电并提供数据传输；具有机械接口，可通过螺钉与各实验模块机械连接；具有散热孔27，为电控模块7散热。
80.后侧，具有散热孔27，为电控模块7散热。
81.计算机单元，为平台的智能控制核心，可实现各实验模块指令程序智能控制以及通信控制。
82.电源变换单元，控制凭条电压转换和电力供应。
83.离心机模块包括扇形离心机模块4与方形离心机模块2，扇形离心机模块4提供变重力实验环境，为微重力实验提供变重力对照实验，包括离心组件31和扇形实验单元30。
84.离心组件31，通过旋转提供离心力，由动力传输机构33、壳体34、布线管35、旋转台32组成。
85.动力传输机构33包括步进电机39、导电滑环38、转接轴37。
86.步进电机39，提供动力，带动离心组件31旋转台32旋转提供变重力环境，其通过螺栓与电控模块7上侧机械接口连接固定；上侧具有机械接口，与导电滑环38机械连接；旋转轴与转接轴37连接。
87.导电滑环38，其定子边通过螺钉与步进电机39上侧连接固定；转子边与转接轴37固定，并在转接轴37带动下旋转；转子出线，可通过布线管35为扇形实验单元30供电并提供数据传输。
88.转接轴37，一侧与步进电机39旋转轴连接，中部与导电滑环38转子边连接，另一侧与壳体34连接固定，并在步进电机39带动下旋转。
89.壳体34，包裹动力传输机构33，与动力传输机构33转接轴37固定连接，并在其带动下旋转；侧面与布线管35连接；与旋转台32可为一体结构，也可以与其通过机械连接。
90.布线管35，一侧与壳体34相连，一侧与旋转台32相连，导电滑环38的转子出线可通过其内部与旋转台32扇形实验单元30电接头连接，为其供电并提供数据传输。
91.旋转台32，为圆形工作平台，具有扇形实验单元30电接头，为扇形实验单元30供电并提供数据传输；具有机械接口，通过螺钉与扇形实验单元30机械连接固定；具有散热孔27，为离心机模块散热降温。
92.扇形实验单元30，可最大程度利用离心组件31实验空间，主要用于开展生物领域变重力实验研究，与微重力实验形成对照，具有电连接插头，与离心组件31旋转台32的扇形实验单元30电接头连接，为扇形实验单元30供电并提供数据传输；具有机械接口，通过螺钉与离心组件31旋转台32的机械接口连接固定。
93.适用方形实验单元40的方形离心机模块2，提供变重力实验环境，为微重力实验提供变重力对照实验，包括离心组件31和方形实验单元40。
94.离心组件31，通过旋转提供离心力，由动力传输机构33、壳体34、布线管35、旋转台
32组成。
95.动力传输机构33、壳体34、布线管35，同适用扇形实验单元30的离心机模块离心组件31一致。
96.旋转台32，为圆形平台，具有方形实验单元40电接头，为方形实验单元40供电并提供数据传输；具有限位机构41，固定方形实验单元40；具有散热孔27，为离心机模块散热降温。
97.方形实验单元40，标准化试验模块，主要用于开展生物领域变重力实验研究，与微重力实验形成对照，具有电连接插头，与离心组件31旋转台32的方形实验单元40电接头连接，为扇形实验单元30供电并提供数据传输。
98.微重力实验模块5，可安装多个方形实验单元40，主要用于开展微重力生物实验研究，与离心机模块的变重力实验形成对照实验，包括微重力实验模块5电连接插头，与电控模块7上侧微重力实验模块5电接头连接，为微重力实验模块5供电并提供数据传输；机械接口，通过螺钉与电控模块7上侧机械接口连接固定；方形实验单元安装接口44，安装方形实验单元40并对其限位固定；方形实验单元电接口42，为方形实验单元40供电并提供数据传输。
99.立方体实验模块6，用于开展空间试验研究，根据实验需求，以1u为基础，可形成1u、2u、3u、4u、6u、9u等多种规格立方体实验模块6，具有电连接插头，与电控模块7上侧立方体实验模块6电接头连接，为立方体实验模块6供电并提供数据传输；具有机械接口，通过螺钉与电控模块7上侧机械接口连接固定。
100.散热模块3，为平台散热，实现平台温度稳定，包括电控模块7上侧与后侧的散热孔27，以及安装于标准抽屉模块1后面板16的风扇，风扇与空间站机柜风冷接口连接。
101.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
102.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
103.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：其包括标准抽屉模块及安装于标准抽屉模块内的电控模块、离心机模块，其中：标准抽屉模块设置有用于对外与空间站机柜机、电、热接口相连接的标准接口，以及用于对内连接平台其他模块的机、电、热接口；电控模块对外与空间站机柜供电、测控、通信接口连接，对内为各模块供电、提供数据传输通道，并控制整个平台运行；离心机模块，包括离心组件和实验单元，用于提供变重力实验环境；离心组件，包括动力传输机构、旋转台，通过旋转提供离心力；所述旋转台设置有实验单元电接头；实验单元，通过电连接插头与离心组件旋转台的实验单元电接头连接并进行数据传输，用于开展变重力实验研究。2.根据权利要求1所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：电控模块具体设置如下：左右两侧设置有滑道安装接口，可安装滑道与标准抽屉模块内侧滑道连接，方便电控模块在平台的插拔；前侧设置有电源接口，用于与空间站机柜供电系统连接，为平台供电；遥测接口、usb接口、以太网接口，与空间站机柜信息系统连接，实现数据传输与指令输入；把手，方便抓握在平台中插拔电控模块；显示器，可现实平台离心机转速等参数指标；上侧，设置有立方体实验模块电接口、微重力实验电接口、离心机模块电接口，为各实验模块供电并提供数据传输；设置有机械接口，可通过螺钉与各实验模块机械连接；设置有散热孔，为电控模块散热；后侧，设置有散热孔，为电控模块散热；计算机单元，为平台的智能控制核心，可实现各实验模块指令程序智能控制以及通信控制；电源变换单元，控制凭条电压转换和电力供应。3.根据权利要求2所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：标准抽屉模块包括前面板、上下盖板、左右侧板和后面板；其中：前面板上设置有防脱螺栓部件接口，可安装防脱螺栓组件，固定到空间站实验柜对应的梁上；手柄接口，可安装手柄，方便抓握在空间站实验柜标准模块空间单元插拔平台；锁紧机构接口，可安装锁紧机构，与左右侧板上的对应部件配合，用于在轨锁紧及解锁操作；观察窗，空间站机柜供电、测控、通信接口通过观察窗与电控模块连接；铰链部件接口，可安装销栓，与下盖板相对应部件形成铰链，前面板可围绕铰链旋转，打开前面板进行实验模块更换等操作；下盖板设置有铰链部件接口，可安装销栓，与前面板相对应部件形成铰链；左右侧板设置有滑道安装接口，外侧安装外侧滑道，方便平台在机柜标准载荷单元空
间上的插拔；内侧可安装内侧滑道，方便电控模块在平台的插拔；后面板设置有散热模块安装接口，可安装风扇用于平台散热，同时与空间站机柜风冷接口连接。4.根据权利要求3所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：所述离心组件由动力传输机构、壳体、布线管、旋转台组成；动力传输机构包括步进电机、导电滑环、转接轴；步进电机，提供动力，带动离心组件旋转台旋转提供变重力环境，其通过螺栓与电控模块上侧机械接口连接固定；上侧设置有机械接口，与导电滑环机械连接；旋转轴与转接轴连接；导电滑环，其定子边通过螺钉与步进电机上侧连接固定；转子边与转接轴固定，并在转接轴带动下旋转；转子出线，可通过布线管为实验单元供电并提供数据传输；转接轴，一侧与步进电机旋转轴连接，中部与导电滑环转子边连接，另一侧与壳体连接固定，并在步进电机带动下旋转；壳体，包裹动力传输机构，与动力传输机构转接轴固定连接，并在其带动下旋转；侧面与布线管连接；布线管，一侧与壳体相连，一侧与旋转台相连，导电滑环的转子出线可通过其内部与旋转台扇形实验单元电接头连接，为其供电并提供数据传输。5.根据权利要求4所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：离心机模块包括方形离心机模块与扇形离心机模块，其实验单元分别为扇形实验单元与方形实验单元。6.根据权利要求5所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：还包括微重力实验模块，所述微重力实验模块可安装多个方形实验单元，用于开展微重力生物实验研究，与离心机模块的变重力实验形成对照实验；包括微重力实验模块电连接插头，与电控模块上侧微重力实验模块电接头连接，为微重力实验模块供电并提供数据传输；机械接口，通过螺钉与电控模块上侧机械接口连接固定；方形实验单元安装接口，安装方形实验单元并对其限位固定；方形实验单元电接口，为方形实验单元供电并提供数据传输。7.根据权利要求5所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：还包括立方体实验模块，所述立方体实验模块设置有电连接插头，与电控模块上侧立方体实验模块电接头连接，为立方体实验模块供电并提供数据传输；设置有机械接口，通过螺钉与电控模块上侧机械接口连接固定。8.根据权利要求5所述的用于空间站的商业化标准空间试验平台，其特征在于：还包括散热模块，所述散热模块包括电控模块上侧与后侧的散热孔，以及安装于标准抽屉模块后面板的风扇，风扇与空间站机柜风冷接口连接，用于平台散热。

技术总结
本发明涉及空间站科学实验设备技术领域，提供用于空间站的商业化标准空间试验平台，其包括标准抽屉模块及安装于标准抽屉模块内的电控模块、离心机模块。本发明实现接口标准化，实验单元模块化，空间试验需求客户只需自行研制标准化实验模块，将有效降低开发成本，缩短周期，平台设置了离心机模块，可提供变重力环境，开展变重力对照试验，对满足商业空间试验应用最广泛的生物领域研究在原位对照实验数据获取与分析上的需求尤为重要；平台设置了立方体实验模块开展实验，或扇形实验模块、方形实验单元开展微重力实验的对照变重力试验；对有意开展空间试验研究的商业客户至关重要，具有巨大的潜在用于价值。有巨大的潜在用于价值。有巨大的潜在用于价值。


技术研发人员：李明 李飞 李雅洁 罗一丹 谭强 苏锦鑫
受保护的技术使用者：中国长城工业集团有限公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/4/18