GB/T 34512-2017 载人航天周边式对接机构接口要求

　　ICS 49 . 020 V 7 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34512—2017

　　载人航天周边式对接机构接口要求

　　Requirementforinterfaceofmannedspacecraftperipheraldockingmechanism

　　2017-1 1-01 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34512—20 17

　　GB/T 34512—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国航天科技集团公司提出。

　　本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 425)归口 。

　　本标准起草单位：上海宇航系统工程研究所。

　　本标准主要起草人：刘志、张崇峰、靳宗向、邱华勇、姚建、魏智、杨国栋、时军委、苑会领、王曦、何慧、施斐。

　　GB/T 34512—20 17

　　引 言

　　0 . 1 本标准是基于神舟载人飞船对接机构和天宫一号目标飞行器对接机构接口为基础提出的，旨在规范空间对接机构对接接口设计，确保利用不同载人航天器实现在轨对接任务和协作。 本标准提供了 一套周边式对接机构接口设计参数，用于指导设计方能够独立设计具有兼容我国空间站对接接 口 的对接机构，同时，也为国外航天器参与我国空间站对接合作提供设计依据。

　　0 . 2 本标准的制定参考了国际空间站多边协调委员会批准的《国际对接系统标准接口定义文件》(D 版本)，本标准与国际对接系统标准具有接口兼容性的基础，适用于国外载人航天器与我国空间站的对接合作。

　　0 . 3 本标准提出了必要的接口要求，来确保不同航天器对接接 口 的兼容性，本标准也提供了一些推荐的设计参数，如对接初始条件，这些参数作为设计方的参考。 本标准不涉及对接机构与航天器之间的接口要求，也不涉及对接接口的实现方式、设计特性、故障容限、可靠性以及空间环境等要求。 因此，设计方应根据特定项目需求与要求来灵活设计具有通用接口的对接机构。

　　0 . 4 本标准规定了异体同构(雌雄同体)周边式对接机构的接口要求。 因此，在符合本标准接口要求情况下，任意的两个主、被动对接机构之间都具有对接接口 的匹配性。 一般情况下，目标航天器配置标准的被动对接接口，来访航天器配置标准的主动对接接口 。如果来访航天器的主动对接接口未完全符合标准要求(即，存在某些接口参数与标准不同)，但在接口设计上与目标航天器的标准被动对接接口仍可实现匹配，在这种情况下，在空间对接任务前需要任务双方进行对接接口匹配性地面验证试验。 虽然来访航天器的对接接口不采用本标准规定的主动对接接口参数，也可以实现与 目标航天器的对接接 口 匹配，但是，这增加了接口兼容性风险和地面验证成本。 因此，鼓励采用本标准的接口要求。

　　GB/T 34512—20 17

　　载人航天周边式对接机构接口要求

　　1 范围

　　本标准规定了载人航天周边式对接机构通用对接接口要求，包括机械接口、热接口和载荷要求，浮动断接器和对接性能要求。

　　本标准适用于近地轨道载人航天和国际对接合作等任务的对接机构接口设计，载人登月等其他航天器的对接接口设计可参照使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 1184 形状和位置公差 未注公差值

　　GB/T 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　空间对接机构 spacecraftdockingmechanism system

　　使在空间轨道上运行的两个航天器在结构上连接成组合体的机构系统，一般包括主动对接机构和被动对接机构。

　　3.2

　　异体同构周边式对接机构 androgynousperipheralassemblysystem;APAS

　　雌雄同体周边式对接机构

　　实现对接功能的机构部件均布置在对接通道的周围，对接配合面按反对称布局设计的空间对接机构，既可以作为主动对接机构，也可以作为被动对接机构。

　　3.3

　　主动对接机构 activedockingmechanism system

　　能够主动完成对接与分离功能的空间对接机构。

　　3.4

　　被动对接机构 passivedockingmechanism system

　　配合主动对接机构完成对接和分离功能的空间对接机构。

　　3.5

　　对接初始条件 initialcontactconditionsfordocking

　　两航天器空间对接机构第一次机械接触时，主动对接机构对接坐标系(或对接口)相对于被动对接机构对接坐标系(或对接口)之间同轴偏差的相对坐标值(相对位移与相对转角)及其一阶导数(相对速度与相对角速度)。

　　GB/T 34512—20 17

　　3.6

　　对接 docking

　　在同一时刻以一定相对运动速度到达到空间中同一位置附近，两个航天器从接触、捕获、缓冲校正到实现结构刚性连接的过程。

　　3.7

　　捕获 capture

　　两航天器由机械接触到实现柔性连接的过程。

　　3.8

　　刚性连接 hardcapture

　　两航天器上的对接机构通过对接锁锁紧克服各种载荷来实现组合体的机械结构连接。

　　3.9

　　对接通道 innertunnel/transfertunnel

　　两航天器对接完成后，在两对接机构之间形成的可供人员和物资转移的通道。

　　3 . 10

　　密封粘着力 sealadhesionforce

　　在主、被动对接机构对接面之间的密封圈压紧到一起后将其分离所需要的力。

　　3 . 1 1

　　浮动断接器 floatingconnector

　　脐带连接器 umbilical connector

　　具有浮动功能，能够补偿对接偏差，实现电、气、液路等资源连通和断开的脐带连接机构。 一般将具有浮动功能的一端作为主动端，不具有浮动功能的一端作为被动端。

　　4 一般要求

　　4 . 1 系统描述

　　4 . 1 . 1 对接过程

　　两个航天器的对接示意图见图 1 。空间对接机构通过两个工作阶段实现对接。 第一个阶段由捕获缓冲系统来实现，建立两飞行器的初始连接，缓冲碰撞能量，并校正两飞行器的相对运动姿态，然后将两飞行器拉近到一起。 第二阶段由刚性连接系统实现，建立对接面的结构锁紧和密封，形成一个对接通道，加压后作为乘员通道和货物转移通道。

　　图 1 航天器对接示意图

　　GB/T 34512—20 17

　　空间对接机构典型的对接任务过程如下：

　　a) 主动对接机构将对接环推出到准备对接位置，等待对接。

　　b) 接触与捕获：两飞行器相互接近。 在满足对接初始条件下，主、被动对接机构的对接环发生机械接触，并建立柔性连接。

　　c) 缓冲和校正：主动对接机构衰减两个飞行器之间剩余相对运动，并校正相对姿态。

　　d) 对接环拉回：主动对接机构对接环拉回，将刚性连接接口带入到工作范围内。

　　e) 实现对接面的结构连接。

　　f) 建立两个飞行器对接通道的密封连接。

　　g) 建立电气、液路或气路等接口的连接。

　　4 . 1 . 2 对接接口形式

　　载人航天周边式对接机构的对接口分为 3 种形式：

　　a) 完全异体同构形式：具有该接口形式的对接机构既可以作为主动对接机构，也可以作为被动对接机构使用;

　　b) 主动形式：具有该接口形式的对接机构只能作为主动对接机构使用;

　　c) 被动形式：具有该接口形式的对接机构只能作为被动对接机构使用。

　　4 . 2 坐标系

　　4 . 2 . 1 对接面坐标系 om-犡mymzm

　　用于描述空间对接机构对接面接 口 的右手坐标系。 其原点 Om 固定在对接机构对接框前端面中心，Om xm 轴与对接方向同轴，Omym 轴为异体同构线(即反对称线)，见图 2 。

　　图 2 对接机构坐标系示意图

　　4 . 2 . 2 对接环面坐标系 od-犡dydzd

　　用于描述空间对接机构对接环接口的右手坐标系。 对接环面坐标系原点 Od 固定在对接机构对接环端面中心，Od xd、Odyd 与 Od Zd 分别与对接面坐标系 Om -xmym Zm 各轴同向，见图 2 。

　　GB/T 34512—20 17

　　4 . 2 . 3 对接坐标系 犗-XYZ

　　用于描述空间对接机构对接初始条件的右手 坐 标 系。 对 接 坐 标 系 原 点 位 于 对 接 环 面 坐 标 系od -xdyd Zd 原点 od 处 。ox、oy与 oZ 与对接环面坐标系 od -xdyd Zd 各轴同轴。 其中，主动对接机构的 OX轴与 od xd 同向，被动对接机构的 ox 轴与 od xd 反向。

　　4 . 3 单位

　　未注长度单位均为“毫米(mm)”,角度单位为“度 (°)、分( )、秒 (″)”。除非特别指定，未注尺寸公差均按照 GB/T 1804—m 执行，未注形位公差均按照 GB/T 1184—K执行。

　　4 . 4 标识说明

　　在本标准的接口图中，标识说明如下：

　　a) 符号“()”内的尺寸数值表示本标准其他部分已重复性标注;

　　b) 在尺寸数值后标识“(参考)”,表示该尺寸值不属于标准要求，而是属于公认约定的规格;

　　c) 在尺寸数值后标识“(最小)”,表示该数值为最小限值;

　　d) 在尺寸数值后标识“(最大)”,表示该规格应不大于该尺寸数值。

　　5 对接接口要求

　　5 . 1 总体布局要求

　　载人航天对接机构应采用导向板内翻的异体同构周边式构型，总体布局要求如下：

　　a) 在对接时，来访航天器对接机构的对接口一般为主动模式，目标航天器对接机构的对接口一般为被动模式;

　　b) 对接机构接口布局见图 3 ;

　　c) 对接机构应满足图 3 所示的对接通道最小直径要求，当通道内部存在局部突出时，突出尺寸应满足双方航天器的任务要求。

　　GB/T 34512—20 17

　　说明：

　　1 —对接锁(×12) ;

　　2 —分离传感器(×2) ;

　　3 —导向销(×2) ;

　　4 —导向孔(×2) ;

　　5 —卡板器(×3) ;

　　6 —分离推杆(×2) ;

　　7 —对接框(×1) ;

　　8 —对接环(×1) ;

　　9 —捕获传感器(×3) ;

　　10 —捕获锁(×3) ;

　　11 —密封圈(×2)。

　　图 3 对接接口布局—轴向视图

　　5 . 2 捕获缓冲系统

　　5 . 2 . 1 布局要求

　　捕获缓冲系统接口包括对接环、捕获锁、卡板器、传感器和传感器触发区。 具体布局要求如下：

　　a) 捕获缓冲系统接口布局见图 4 ;

　　b) 捕获缓冲系统的传感器接触区域为 3 个环形带，其内、外边缘直径分别为 φ1 202 mm 和φ1 224 mm, 见图 5 ;

　　c) 捕获缓冲系统传感器位置应根据传感器接触区范围进行布置;

　　d) 主动对接机构配置捕获锁，被动对接机构配置卡板器。 具备主、被动对接功能的对接机构应同时配置捕获锁和卡板器。

　　GB/T 34512—20 17

　　说明：

　　1 —传感器接触区(×3) ;

　　2 —导向板(×3) ;

　　3 —捕获传感器(×3) ;

　　4 —捕获锁(×3) ;

　　5 —卡板器(×3)。

　　图 4 捕获缓冲系统接口布局

　　图 5 捕获缓冲系统传感器接触区

　　5 . 2 . 2 对接环

　　对接机构对接环应具有 3 个内翻式导向板，导向板均匀布置在对接环圆周上。 具体接口要求如下：

　　a) 对接环主要接口尺寸见图 6 ;

　　b) 当对接机构处于被动模式时，其对接环应拉回到刚性连接系统对接面下，并处于紧固连接状

　　GB/T 34512—20 17

　　态;对接环与卡板器接口关系见图 7,对接环与对接框之间接口关系见图 8 ;

　　c) 当对接机构处于主动模式时，对接环应在对接面上方的准备对接位置处进行捕获。

　　图 6

　　图 7 对接环与卡板器截面

　　对接环结构

　　图 8 对接环与对接框位置关系

　　5 . 2 . 3 捕获锁与卡板器

　　捕获锁安装于对接环导向板内，卡板器安装于对接环缺口位置，具体接口要求如下：

　　a) 捕获锁与卡板器相互配合的尺寸如图 9~图 11 所示;

　　b) 一般应在卡板器上设置应急分离装置。 在图 12 所示卡板器退让区域情况下，捕获锁与卡板器能够相互解锁脱离。

　　GB/T 34512—20 17

　　图 9 捕获锁与卡板器配合关系

　　图 10 卡板器中心截面图

　　GB/T 34512—20 17

　　图 1 1 卡板器径向视图

　　图 12 卡板器退让区域示意图

　　5 . 2 . 4 捕获传感器力

　　捕获传感器产生的总阻力限制要求为，所有捕获传感器行程范围内同时下压所产生的阻力一般不大于 66 N。

　　5 . 2 . 5 捕获传感器接触区

　　对面配合工作的对接机构捕获传感器的接触区域应在图 5 规定的区域内接触。

　　5 . 3 刚性连接系统

　　5 . 3 . 1 布局要求

　　刚性连接系统实现两航天器间最后的结构连接。 刚性连接系统接口要求如下：

　　a) 刚性连接系统接口布局见图 13 和图 14。对接锁在对接框上的安装分布圆半径为 R663.5 .. mm。分离推杆和分离传感器在对接框上安装分布圆半径为 R682 . 5 mm±0.25 mm。导向销和导向孔在对接框上安装分布圆半径为 R687 . 5 mm±0.15 mm。

　　GB/T 34512—20 17

　　说明：

　　1 —分离传感器(×2) ;

　　2 —导向销(×2) ;

　　3 —导向孔(×2) ;

　　4 —分离推杆(×2) ;

　　5 —对接锁(×12) ;

　　6 —密封圈(×2) ;

　　7 —对接框(×1) ;

　　8 — 主动锁钩(×12) ;

　　9 —被动锁钩(×12)。

　　图 13 刚性连接系统接口—轴向视图

　　GB/T 34512—20 17

　　图 14 导向销与导向孔

　　b) 对面配合工作的对接机构传感器等部件在刚性连接系统对接面指定区域内接触。 对接机构刚性连接系统传感器分布区应符合图 15 和图 16 中指定区域的规定。 刚性连接系统传感器等零部件接触区域应相对对接面下沉 1 mm±0.05 mm。

　　GB/T 34512—20 17

　　注：a~e 的剖面线区域为对接面传感器安装区域;a~e 的空白区域为传感器接触区。

　　图 15 传感器分布区

　　图 16 对接框截面视图

　　GB/T 34512—20 17

　　c) 分离推杆布置位置应满足图 13 要求，一般设置 2 个分离推杆，并与对面的分离传感器相匹配;当对接机构设置多于 3 个分离推杆时，第 3 个及以上的分离推杆应布置在图 15 中 a~e 对接面传感器安装区域内。

　　5 . 3 . 2 对接通道

　　对接通道的最小直径应符合图 3 中标注的尺寸要求。

　　对接机构对接框是对接通道的结构支撑，它包含用于结构对接的接口法兰。

　　5 . 3 . 3 密封

　　刚性连接系统应安装两道同心的压力密封装置。 相对径向锁钩位置，压力密封装置处于内部位置。要求如下：

　　a) 密封圈直径尺寸参见图 16 ;

　　b) 应能适应密封圈之间、密封圈与对接面金属之间的接触配合;

　　c) 密封圈能承受的气压差应不小于 101 kPa;

　　d) 同心密封圈的总密封粘着力应不大于 800 N ;

　　e) 在自由状态下，密封圈突出对接面高度应不大于 2 . 2 mm。

　　5 . 3 . 4 导向销和导向孔

　　导向销和导向孔配合用于刚性对接接 口 的最终对准。 刚性连接系统安装两个导向销和两个导向孔，其接口见图 17 和图 18 。

　　图 17 导向销尺寸

　　GB/T 34512—20 17

　　图 18 导向孔尺寸

　　5 . 3 . 5 对接锁锁钩

　　5 . 3 . 5 . 1 锁钩布局及接口要求

　　刚性连接系统应在外部设置对接锁锁钩，均匀布置 12 对主动锁钩和被动锁钩，可以形成最多 24 个连接点(见图 13) 。对接机构的 12 个主动锁钩应与对面配合工作的 12 个被动锁钩实现啮合锁紧。

　　刚性连接系统锁钩接口见图 19~图 23,主动锁钩的运动应被限定在如图 24 所示的包络内。

　　图 19 对接锁锁钩解锁位置视图

　　GB/T 34512—20 17

　　图 20 对接锁锁钩进入啮合位置视图

　　图 2 1 对接锁锁钩锁紧位置视图

　　图 22 对接锁主动锁钩

　　GB/T 34512—20 17

　　图 23 对接锁被动锁钩

　　GB/T 34512—20 17

　　图 24 对接锁锁钩运动包络

　　5 . 3 . 5 . 2 锁紧力载荷要求

　　对接锁锁钩锁紧后的工作载荷应在以下数值范围内：

　　a) 主、被动锁钩锁紧后的最小锁紧力载荷为 27 000 N ;

　　b) 主、被动锁钩锁紧后的最大锁紧力载荷为 37 000 N ;

　　c) 主动锁钩和被动锁钩单元设计极限载荷大于 50 000 N。

　　5 . 3 . 6 刚性连接接触区域

　　刚性连接系统为对面对接机构的零部件指定了接触区域。 这些接触区域可以用于不同刚性连接系统传感器或其他子系统。 位置要求如下：

　　a) 对接面上的零部件的分布位置应符合图 13 和图 15 的要求;

　　b) 在传感器位置设计时，应避开规定接触区域内的安装孔、洞，并进行干涉情况检查确认。

　　5 . 3 . 7 分离推杆

　　分离推杆的配置应符合 5 . 3 . 1 c) 的要求。

　　具有接口兼容性的对接机构分离推杆的分离合力及行程要求如下：

　　a) 处于收缩状态下(即与对接面处于同一平面)，分离推杆的分离合力应不小于 1 100 N ;

　　b) 在对接面上方 5 . 6 mm处，分离推杆的分离合力应不小于 800 N ;

　　c) 处于完全弹出状态下(即分离结束时)分离推杆的分离合力应不小于 500 N ;

　　d) 在压入过程中，分离推杆的阻力之和应不大于 1 500 N ;

　　e) 分离推杆工作行程：30 mm±0.2 mm。

　　5 . 3 . 8 对接环拉回时阻力

　　在主动对接机构对接环拉回到刚性连接系统工作范围过程中，被动对接机构对接面上分离推杆及传感器等产生总阻力应不大于 3 000 N。

　　5 . 4 电搭接

　　对接机构应确定电搭接路径。 搭接电阻要求如下：

　　GB/T 34512—20 17

　　a) 捕获缓冲系统在捕获后的搭接电阻应不大于 1 Ω;

　　b ) 刚性连接系统在锁紧完成后的搭接电阻应不大于 10 mΩ。

　　5 . 5 环境

　　对接接口的材料在下列环境条件下应满足对接接口的兼容性要求：

　　a) 两个对接接口之间平均温差一般不超过 20 ℃ ,最大温差不超过 55 ℃ ;

　　b ) 轨道环境压力小于 1 . 3 × 10 - 3 Pa。

　　5 . 6 材料和表面处理

　　对接机构的材料与接口表面处理要求如下：

　　a) 除了密封圈之外，对接机构接口特性应具有常用金属材料的刚度和硬度，不会显著影响相对运动;

　　b ) 具有相对滑动的对接接口表面应采用低摩擦特性的表面涂层或者表面处理方式;

　　c) 设计师可根据载人航天器任务需求选择适合的密封圈材料;

　　d) 对接机构材料的选用应满足空间环境和载人环境的使用要求。

　　6 浮动断接器(脐带连接器)

　　浮动断接器(脐带连接器)用于在两对接航天器之间传输资源，这些资源包括电、信息、数据及接地、燃料、气体、水等。 其接口要求如下：

　　a) 浮动断接器应适应横向位置偏差 φ6mm、轴线全锥角偏差 1°时，能正常连接和断开;

　　b ) 电路浮动断接器的连接、断开可以与对接机构的对接及分离同步实现，每个电路浮动断接器的插合力和断开力应不大于 85 N,总数一般不超过 4 个;

　　c) 电路浮动断接器的连接与断开故障不应影响对接机构的对接与分离;

　　d) 其他类型浮动断接器的连接与断开应在对接机构完成刚性连接后进行;在航天器对接时，浮动断接器的机械结构应不突出对接面，在航天器分离前，应停用浮动断接器，并且在对接锁解锁之前，使浮动断接器处于非连接状态;

　　e) 浮动断接器布局一般按照图 25,浮动断接器所传输资源的分配与定义应根据双方航天器的飞行任务确定。

　　GB/T 34512—20 17

　　图 25 浮动断接器布局要求

　　7 对接性能要求

　　7 . 1 捕获缓冲系统

　　7 . 1 . 1 对接初始条件

　　为提高两航天器间对接成功概率，建议采用表 1 推荐的对接初始条件。 这些对接初始条件的设定与航天器的质量特性(参见附录 A)和对接力相适应。

　　表 1 中同一列的所有数值应同时满足，且组合偏差不应超出导向板的导向范围。

　　表 1 对接初始条件

　　GB/T 34512—20 17

　　表 1(续)

　　7 . 1 . 2 对接力

　　对接机构对接力要求如下：

　　a) 对接机构捕获缓冲系统在对接任务中最大轴向动态冲击力(最大作用时间为 0 . 15 s)应不超过20 000 N ;

　　b) 对接机构捕获缓冲系统对接口各方向的载荷谱应满足具体航天器的对接任务要求;

　　c) 对接机构的对接缓冲、校正工作时间一般不超过 60 s。

　　7 . 2 刚性连接系统

　　对接机构刚性连接系统性能要求如下：

　　a) 对接机构刚性连接系统应能承受相当于组合体内压 0 . 2 MPa 的载荷。

　　b) 一般情况下，由对接机构分离引起的两航天器的相对偏转角速度应不大于 0 . 6 ( °)/s。

　　GB/T 34512—20 17

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　对接航天器质量特性

　　本附录给出了对接航天器的质量特性的案例，见表 A. 1 。

　　表 A.1 对接航天器的质量特性