一种空间相机指向机构构型设计及分析

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1、第20卷第3期航天器工程V01．20No．320l1年5月SPACECRAFTENGINEERING75一种空间相机指向机构构型设计及分析王友渔陈天智盛聪刘宾柴洪友(北京空间飞行器总体设计部北京100094)摘要通过分析比较不同构型的指向机构特点，提出一种轻小型月球着陆器相机三自由度指向机构设计方案，研制出原理样机。建立了相机指向机构运动学模型，对不同工况的相机指向机构的力矩裕度及冲击进行了分析，基于有限元分析对相机指向机构进行模态分析，得到机构主要频率及对应振型，可为相机指向机构优化设计提供重要依据。关键词空间相机

2、；着陆器；相机指向机构；构型设计；力学分析中图分类号：V414．9文献标志码：A文章编号：1673—8748(2011)03一0075一06．C帅figllrationD鹪i印andAnalysisofaspaceC锄栅PointiIlgMedh锄i锄WANGYouyuCHENTianzhiSHENGCongLIUBinCHAIHongyou(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Basedontheana

3、lysisandcomparisonofcharacteristicsofdifferentpointingmecha—nisms，aminiaturized3degreeoffreedomcamerapointingmechanismforlunarlanderisde—signed，andtheprototypeisdeveloped．Thekinematicsmodelofthepointingmechanismisbuilt；andamomentmarginandimpulsionofthepointingm

4、echani8munderdifferentconditionsareana一1yzed，andthefiniteelementmodelofthepointingmechanismisbuilt．NaturalfrequenciesandmodalanalysisofthepointingmechanismundernatureconditionsareworkedoutwhichproVideimportantmodalparametersforoptimizationdesignofthepointingmec

5、hanism．Keywords：spacecamera；lunar1ander；camerapointingmechanism；configurationdesign；me—chanicsanalvsis引言深窄探测中的空间相机等有效载荷需要相机指向机构来承载并实现辅助运动，根据不同的科学探测日标和任务要求，月球探测器(着陆器及巡视探测器)搭载的相机指向机构具有的自由度也有所不同，一般为2～5个自由度。通过调整相机指向机构姿态及转角增大相机视野，可实现月貌成像并获取各种信息和图像。国内外关于巡视探测器搭载相机指向机构

6、的研究较多。其中，美国卡内基一梅隆大学研制的Notnad巡视探测器¨3安装的导航相机通过底部航向轴转动可实现360。旋转拍摄，但不具备俯仰功能，成像范围和质量受影响较大。而美国喷气推进实验室(JPI，)研制的Rock一7巡视探测器【2J的相机指向机构，由中问两节展开机构和顶部俯仰机构组成，可以通过巾间两关节的转动使顶部达到指定高度，然后通过顶部关节的俯仰实现二自由度运动。另外，探测器本身具备的转动功能可辅助实现水平方向360。旋转拍摄。但是机构刚度质量比较差且功耗较大。接着JPL又研制出机遇号和勇气号火星巡视收稿日期

7、：2010一11—19：修回日期：2011一03—21基金项目：国家重大科技专项工程项目作者简介：王友渔(1982一)，男，博士，工程师，从事航天器机构设计及分析工作。搛侧器”。该粪失}^巡视摊l¨播顶端柳饥儿布1个

8、=1山崖．包括底部腥仆及航f：u转动自由鹰，顶部棚机俯仰n¨I度“故热辐射红耕仪航向转功n¨l废。陵打章n巾度较多．轨迹规划复热．控制难瘦掰．占川逃桃探测器顶部审问鞍大Marsokllnd足俄罗斯牵头开发的JJ球段火星巡税撵洲器。浚巡搅撵测器的柯机立装枉二自m度机构术端该机l}￡f儿箭脯部航mI驶锕抑自

9、由度．肿部川转nm艘以发腕部俯仲和回转“山懂。该机构n由唆多、蛐牦太．不适川r功能要求啦帅橱H【戚悔n业，lq内对栩帆持向机恂也展扦了俐父研究+．但多存在川度质Ⅲ比小、情度较差凡功耗鞍^等缺点．以上棚饥于}『向机构均腻F连税探删器措载饥冉，特点足af以借助巡税探测器r

10、身转动自由腰进行轴助运动．而盖干着陆器iⅧ帆指向机构研究较少。山r着陆器一H