随着我国空间技术的快速发展，在航天器方面，日益向高精度、大型化和复杂化发展，如载人三期空间站天和机械臂、高分卫星、几百米以上的大型空间结构（大型天线、空间太阳能电站等）、卫星编队技术等；在导弹方面，型号种类越来越多，如新型的弹道导弹、巡航弹、防空导弹等。为了保证这些空间任务的顺利完成，研发高精度装配、测试装备，并开展大量的地面试验是必不可少的，也是保证发射成功的关键。为此，针对大型、复杂航天器和新型导弹的重大试验需求，突破了许多关键技术，研发了系列高精度气浮式装备和测试设备，保证了试验任务的顺利完成。 针对复杂航天器的高精度装配和试验需求，研制出多套多维高适应性气悬浮微扰动零重力测试及仿真系统。在三维零重力模拟方面，通过气悬浮装置实现水平两自由度零重力模拟，通过力敏感器、伺服电机、滚珠丝杠驱动系统和弹性缓冲装置实现铅垂方向零重力模拟，水平零重力模拟精度优于0.5‰，铅垂零重力模拟精度优于1%；在重载大范围高适应性零重力模拟方面，通过将小孔节流器与多孔质材料相结合的节流方式，提高气悬浮装置在重载情况下对超大型气浮平台（200m2）拼缝间隙及高低差的适应能力，能够适应平台最大拼缝间隙3mm，最大拼缝高低差30μm。所开发的国内首套气浮零重力系统，已应用于我国空间站天和机械臂的地面零重力装配和运动测试中，圆满完成了全部地面试验任务。 在单轴姿态微扰动零重力模拟方面，通过带有柔性探针的力敏感器进行微小干扰力矩测量，根据测量信息分别调节两组对向斜置节流孔的供气压力进行主动涡流补偿，降低气浮轴承干扰力矩，实现了干扰力矩小于0.01mNm（10-5Nm）；在三轴姿态微扰动零重力模拟方面，直接采用反作用飞轮将三轴气浮转台在不同姿态情况下进行准静态稳定，将反作用飞轮输出力矩作为干扰力矩的测量信息，控制三个步进电机驱动直线运动模组调整质心，降低系统质心与气浮球轴承球心不重合造成的重力偏心力矩，实现高精度自动化质心配平，三轴干扰力矩小于1mNm（10-3Nm）。 针对导弹自动化装配需求，研制出多套重型装备气浮柔性自动化装配系统。通过采用高精度气悬浮装置实现了三自由度水平（平动、旋转）无摩擦自由运动特性，结合升降、滚转和俯仰柔顺控制机构，并辅以光学非接触基准标定和动态测量系统，对装配基准进行跟踪测量，在国内首次实现重型导弹舱段对接装配的气浮式六自由度自动化柔顺控制，避免了刚性装配造成装配应力过大、柔顺性差的缺陷，实现重型装备及部件的高精度自动化装配，提高了装配精度及装配效率。此系统已应用于中国航天科工集团二院283厂的导弹自动对接装配系统，成为数字化厂房的关键设备。 针对高分卫星有效载荷的安装角度测试需求，研制出国内首套高精度自动化视觉辅助准直空间矢量测量系统。通过将辅助准直CCD相机、光电自准直经纬仪、单轴精密转台、二维龙门平移系统和反射基准镜面阵列相结合，实现了非接触、大范围、超高精度且高效率的空间矢量测量。辅助准直CCD相机对被测立方镜成像和图像识别，初步测量出被测立方镜的位置和镜面法线指向，进而引导二维龙门平移系统将光电自准直经纬仪移动到被测立方镜镜面法线方向上，完成自动化粗瞄对准。光电自准直仪在此基础上进一步完成对被测立方镜的精确准直，得出被测立方镜相对基准镜面法线的空间矢量，系统综合角度测量精度优于3″，此系统已成功应用于我国高分卫星上的敏感器安装矢量相对角度测量，大大提高了测试精度和效率。 本项目主要来源于国家航天、国防等重大工程项目，部分关键技术攻关来源于国家自然科学基金、863项目、二炮十二五装备预先研究等。开发了载人航天三期空间站天和机械臂工程系列地面试验装备："核心舱机械臂地面零重力装置阶段研制"、"空间机械臂气浮零重力辅助装置研制"、"气浮平台"、"在轨服务气浮装置研制"、"空间操控技术验证系统"等。承担了高分专项"高精度测量系统坐标系平移系统研制"、上海市重点实验室建设项目"编队飞行物理仿真验证平台研制"等国家计划项目和横向课题，开展了高精度气浮式空间装备及测试关键技术研究，突破了多项关键技术，研制了各种空间机械臂、多自由度卫星模拟器、测试转台、导弹重型对接装配等系列气浮式装备及测试系统。承担了国家自然科学基金项目"基于变焦距视觉导引的空间机械臂在线运动规划方法与实验研究"、，863课题"附着消旋目标运动模拟器试验系统研制"、"操控纳星运动模拟与附着消旋试验系统改造"，二炮十二五预研"XXX仿真平台与控制方法研究"等。 在近10年的研究中，共完成相关课题30余项，成果已应用于我国空间机械臂、高分卫星、兵器装备等航天、国防领域，部分成果在民用设备上也得到应用。获得国家授权和受理发明专利28项（2项软件著作权），发表学术论文57篇，培养博士研究生3名，硕士研究生27名。

哈尔滨工业大学

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