GB/T 35436-2017 空间站科学实验柜标准模块接口设计规范

　　ICS 49 . 045 V 22

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 35436—2017

　　空间站科学实验柜标准模块

　　接口设计规范

　　Interfacedesignspecificationforstandardmodulesof

　　scienceexperimentrackinspacestation

　　2017-12-29 发布 2018-04-01 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 35436—20 17

　　GB/T 35436—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国科学院提出。

　　本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 312)归口 。

　　本标准起草单位：中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院空间应用工程与技术中心。

　　本标准主要起草人：周维佳、刘金国、田远征、王珂、杨昇萱、王铁军。

　　GB/T 35436—20 17

　　空间站科学实验柜标准模块

　　接口设计规范

　　1 范围

　　本标准规定了空间站科学实验柜标准模块的构型，与科学实验柜之间的机、电、热接口设计及验证要求。

　　本标准适用于空间站上使用的科学实验柜标准模块，同时也适用于货运飞船内运输的标准模块。注：本标准中在不引起歧义时，科学实验柜简称为实验柜。

　　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 1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差

　　3 术语、定义和缩略语

　　3 . 1 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3 . 1 . 1

　　实验柜 experimentrack

　　在飞行平台资源约束下，有统一机、电、热接口的，适用于支持一定学科范围开展不同实验任务的通用技术设施。

　　示例： 国际空间站上的国际标准有效载荷机柜(ISPR) 。

　　[GB/T 30114 . 1—2013,定义 4 . 7]

　　GB/T 35436—20 17

　　3 . 1 . 2

　　标准模块 standardmodule

　　具有一定规格，易于安装、更换、维修，与实验柜对接、有标准的机、电、热接口的装置。

　　3 . 1 . 3

　　标准直装模块 standardpayloadunit

　　可将后面板与实验柜的背板直接相连的悬挂式模块。

　　注：标准模块的一种。

　　3 . 1 . 4

　　标准锁箱模块 standardpayloadlocker

　　外观尺寸及接口方式与直装模块相同，但其前面板可在轨开闭，便于有效载荷更换的模块。

　　注：标准模块的一种。

　　3 . 1 . 5

　　标准抽屉模块 standarddrawerunit

　　可通过导轨直接插入实验柜的抽屉式模块。

　　注：标准模块的一种。

　　3 . 2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件。

　　SDU：标准抽屉模块(standard drawer unit)

　　SPL：标准锁箱模块(standard payload locker)

　　SPU：标准直装模块(standard payload unit)

　　4 构型及尺寸

　　4 . 1 分类

　　空间站科学实验柜标准模块根据功能及安装方式的不同可以分为 3 种构型，分别为标准直装模块、标准锁箱模块和标准抽屉模块。 标准模块与空间站、实验柜的关系参见附录 A。

　　4 . 2 标准直装模块构型

　　标准直装模块由后面板、前面板、上下盖板、左右侧板、导向座、手柄和防脱螺栓部件组成，其结构形式和主要尺寸见图 1 。 图中尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m 级公差要求。 标准直装模块可以进行扩展，参见附录 B。

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 防脱螺栓部件;

　　3 — 上下盖板;

　　4 — 导向座;

　　5 — 左右侧板;

　　6 — 手柄;

　　7 — 前面板。

　　导向座的内孔直径应大于防脱螺栓安装工具的外径。

　　a 深度尺寸 545 mm 为标准模块深度方向最大尺寸，该尺寸不包括前面板安装的手柄等突出物。

　　图 1 标准直装模块

　　4 . 3 标准锁箱模块构型

　　标准锁箱模块由后面板、前框架、前面板、快拆面板、上下盖板、左右侧板、导向座、防脱螺栓部件、铰链部件、左右锁紧机构组成，其结构形式和主要尺寸见图 2,图中尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m 级公差要求。

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　a)前面板锁紧状态

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 防脱螺栓部件;

　　3 — 导向座; b)前面板打开状态

　　4 — 左右侧板;

　　5 — 上下盖板;

　　6 — 铰链部件;

　　7 — 快拆面板，参见附录 C ;

　　8 — 前面板;

　　9 — 左右锁紧机构;

　　10 — 前框架。

　　左右锁紧机构的设计应保证前面板可与前框架准确地锁紧与分离;前面板打开角度不小于 180°。

　　图 2 标准锁箱模块

　　GB/T 35436—20 17

　　4 . 4 标准抽屉模块构型

　　标准抽屉模块由后面板、前面板、上下盖板、左右侧板、左右锁紧手柄、快拆面板、滑道和防脱螺栓部件组成。 其结构形式和主要尺寸见图 3,图中尺寸 425 . 5 公差等级为 e9,其余尺寸值应符合 GB/T 1804中中等 m 级公差要求。 标准抽屉模块可以进行扩展，参见附录 D。

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 上下盖板;

　　3 — 滑道;

　　4 — 左右侧板;

　　5 — 左右锁紧手柄;

　　6 — 前面板;

　　7 — 快拆面板，参见附录 C ;

　　8 — 防脱螺栓部件。

　　左右锁紧手柄的设计应保证 SDU 与实验柜准确地锁紧与分离。

　　a 该尺寸不包括前面板，左右锁紧手柄及滑道。

　　图 3 标准抽屉模块

　　5 设计要求

　　5 . 1 质量

　　各标准模块的质量应满足表 1 的要求。

　　GB/T 35436—20 17

　　表 1 标准模块设计质量

　　5 . 2 容积

　　各标准模块的内部有效载荷可用最大有效容积见图 4 。

　　单位为毫米

　　图 4 标准模块最大有效容积

　　5 . 3 质心位置

　　标准模块设计时，其质心的位置的最优设计值宜是整体几何中心，见图 5 。质心允许位置偏差宜不大于 φ20 mm球径;若质心位置偏差值超过该范围，可与总体协调。

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　注：此图所示为所有标准模块外包络。

　　图 5 标准模块最优质心位置

　　5 . 4 材料选取

　　标准模块结构的材料选取时应满足以下要求：

　　— 具有高的屈服极限及弹性模量;

　　— 良好的塑性和韧性;

　　— 无挥发性、无磁性和放射性;

　　— 无毒、无害及良好的阻燃性;

　　— 良好的导电性;

　　— 优异的导热性能;

　　— 接触零件材料应具有相容性，防止电化学反应。

　　材料宜按照表 2、表 3 及表 4 优先选用航天验证过的材料。

　　表 2 SPU优先选用材料

　　表 3 SPL优先选用材料

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　　表 3(续)

　　表 4 SDU优先选用材料

　　5 . 5 紧固件

　　紧固件选用应符合 QJ 20054 的规定，还应满足以下要求：

　　— 使用无磁性材料，并具有防松动功能，各种螺母(含钢丝螺套)应选用锁紧型;

　　— 标准模块内部结构相连可采用 M3、M4、M5 或 M6 的紧固件，优先选用 M4 或 M5 ;

　　— 标准模块与实验柜连接时，采用 M6 螺钉防脱设计;

　　— 标准模块内部需要航天员经常操作的部件应选用快拆式螺钉或机构。

　　5 . 6 强度和刚度

　　标准模块进行强度和刚度设计时，应满足以下要求：

　　— 标准模块进行有限元分析，具有足够的刚度和强度;

　　— 金属材料设计时其屈服强度安全裕度大于 0,极限强度安全裕度不小于 0 . 12,稳定度安全裕度不小于 0 . 25 ;

　　— 标准模块(含有效载荷)基频宜不小于 70 Hz,小于 70 Hz可与总体协调;

　　— 能够经受住力学环境试验、地面操作作用时不产生破坏或影响功能的弹性变形。

　　5 . 7 表面处理

　　根据标准模块不同部位采用材料的不同，表面处理(见图 6)应满足以下要求：

　　— 外露表面铝合金部件需进行低发射率表面处理，前面板颜色应与实验柜相统一;

　　— 标准模块内部表面有热控性能要求的零件进行功能性表面处理，可选择本色、光亮或黑色阳极氧化;

　　— 钛合金材料零件可不进行表面处理，若有特殊功能要求的进行脉冲氧化、表面镀镍或有机涂层。

　　GB/T 35436—20 17

　　图 6 标准模块外露面表面处理

　　5 . 8 与实验柜接口

　　5 . 8 . 1 机械接口

　　标准模块的机械接口应符合以下要求：

　　—SPU 及 SPL采取悬挂式安装，即后面板安装到实验柜的背板，见图 7 ;

　　—SDU通过前面板防脱螺栓固定到实验柜前梁上，见图 8 ;

　　—SDU 的两个侧板应该预留滑道安装接口，前面板预留手柄安装接口，其机械接口参见附录 E ;

　　— 标准模块防脱螺栓规格均为 M6 , M6 螺栓的设计数量及间距由标准模块质量及质心位置确定;

　　—M6 螺栓的数量及螺纹连接的间距根据标准模块的质量设计确定，其机械接口参见附录 E ;

　　— 若 SPU有背部电插头的需求，则应增加单侧导向用导轨，导轨安装到 SPU 的左右侧板上。

　　说明：

　　1 — M6 高强度防脱螺栓;

　　2 — 后面板背面。

　　M6 高强度防脱螺栓组件与后面板装配为一体，其端头不突出后面板背面。 后面板背面安装到实验柜的背板上。

　　图 7 标准直装模块及标准锁箱模块机械接口

　　GB/T 35436—20 17

　　说明：

　　1 — 手柄安装接口;

　　2 — M6 防脱螺栓组件;

　　3 — 左右侧板滑道安装孔。

　　M6 高强度防脱螺栓组件与前面板装配为一体，安装到实验柜对应的梁上。 左右两侧板可安装滑道，方便模块的插拔 。锁紧手柄安装到前面板上，方便在轨锁紧及解锁操作。

　　图 8 标准抽屉模块机械接口

　　5 . 8 . 2 电接口

　　在进行标准模块与实验柜电接口设计时，应满足以下要求：

　　— 标准模块设计电压为 100 V 时，其接口应设计到标准模块的背面及 SPU 的后面板;为 28 V时，电源接口应优先设计在前面板;所选接插件类型应符合功率及电压等要求;

　　— 标准模块内电源系统设计应符合 GB/T 35435—2017 的规定;

　　— 标准模块应符合导电要求，与实验柜安装面的搭接电阻小于 10 mΩ;

　　— 标准模块设计时应考虑电磁兼容设计，符合 GJB 151 的规定。

　　5 . 8 . 3 热控接口

　　在进行标准模块与实验柜热控接口设计时，应满足以下要求：

　　—SPU 及 SPL 的风冷接口应设计在后面板上，同时应考虑密封设计;

　　—SPU 及 SPL 的液冷接口应设计在前面板，同时为了便于维修，液冷所用工质连接应使用快换接头，快换接头的耐压性能、泄露率应符合热控系统设计参数要求;

　　—SDU 的风冷接口应设计在后面板上，同时需要考虑密封设计;

　　—SDU 的液冷接口应设计在前面板，同时为了便于维修，液冷所用工质连接应使用快换接头，选用泄露率符合航天要求的产品。

　　5 . 8 . 4 通信接口

　　标准模块与实验柜通信接口应符合 GB/T 34829—2017 的规定。

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　　5 . 9 人机工效学设计

　　5 . 9 . 1 -般要求

　　标准模块的结构与机构应满足以下要求：

　　— 凡是与航天员接触的结构不得有尖角或锐边，应进行倒圆或倒钝处理;

　　— 航天员操作的电气设备应有防止误操作设计;

　　— 航天员操作的机构应有防误操作设计，操作力不超过 GJB 6765 的相关要求;

　　— 标准模块内的仪表显示内容应明确易标示;

　　— 人机工效学设计应符合 GJB 6765 及 GJB 4009 的规定。

　　5 . 9 . 2 锁紧机构

　　SPL及 SDU应设计锁紧机构，应满足以下要求：

　　—SPL左右锁紧机构的设计，保证航天员解锁或锁紧操作时，至少有 3 个操作动作，推、拉及翻转的组合，见图 9 ;

　　—SDU左右锁紧手柄设计时，要求同 SPL,见图 9 ;

　　—SPL 和 SDU 的锁紧机构应左右对称，沿 z 轴的平动操作和绕 Y 轴的翻转操作应相反，即设计左右锁紧机构时，沿 z 方向的平动和绕 Y 方向的旋转设计成左右反向。

　　a)标准直装模块及标准锁箱模块 b)标准抽屉模块

　　图 9 标准模块锁紧机构

　　5 . 10 安全性、可靠性与维修性设计

　　标准模块的安全性、可靠性与维修性设计应满足如下要求：

　　— 标准模块应考虑材料安全性、振动安全性和生物安全性;

　　— 标准模块维修性设计时宜将前面板作为主维修面，顶面板作为次维修面;

　　— 安全性、可靠性与维修性设计应符合 GB/T 35439—2017 的规定。

　　5 . 1 1 标识

　　标识需满足以下要求：

　　— 标准模块的总体标识应位于标准模块的前面板;

　　— 标准模块内部的电插头、水管路接头、电气操作按钮等应增加清晰的标识;

　　GB/T 35436—20 17

　　— 标准模块内需要航天员操作的部位增加明确标示。

　　6 验证及试验

　　标准模块应进行环境试验验证其性能，应满足以下要求：

　　— 标准模块的试验大纲及细则应符合 GJB 1027 的规定;

　　— 标准模块的模态试验应按照 GJB 2706 的相关规定执行;

　　— 标准模块的热性能应满足有效载荷的要求，热平衡试验应符合 GJB 1033 的规定;

　　— 标准模块应按照 GJB 450 、GJB 2072 规定开展可靠性、维修性试验验证;

　　— 标准模块应基于实物开展人机工效学验证，通过专家评审。

　　7 包装及运输

　　标准模块应考虑吊装、搬运、包装及运输，应满足以下要求：

　　— 标准模块质量小于 20 kg 时，无需设计吊装螺栓，应设计搬运把手(可拆卸);

　　— 标准模块质量超过 20 kg,应增加吊装螺栓孔。 吊装螺栓孔的规格由模块质量确定;

　　— 吊装螺栓孔应对称布置在质心周围;

　　— 标准模块的吊装、翻转、停放、运输、贮存设计应符合 GJB 7358 的规定。

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　科学实验柜与标准模块的关系

　　科学实验柜与柜内标准模块的关系见图 A. 1 。标准模块能够容纳不同的实验系统用于多种学科实验，提供具有标准大小和质量(或两者的组合)、接口简单以及资源(电、热、数据等)集中分配的单元设备，为实验系统提供集成、有效以及在轨运行的一体化操作过程和方法。 标准模块的使用一方面可最大限度地简化地面及在轨运行的管理(如载荷集成、资源分配、安装程序、运行管理等);另一方面使科学试验成果最大化，同时最大程度地降低成本。

　　a)科学实验柜安装标准直装模块 b)科学实验柜安装标准抽屉模块

　　图 A.1 科学实验柜与标准模块的关系图

　　GB/T 35436—20 17

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　sPU扩展模块

　　SPU标准模块可以扩展为 2 倍 SPU 和 4 倍 SPU,其结构形式和主要尺寸见图 B. 1 和图 B. 2 。 图中尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m 级公差要求。

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 防脱螺栓部件;

　　3 — 上下盖板;

　　4 — 导向座;

　　5 — 左右侧板;

　　6 — 手柄;

　　7 — 前面板。

　　导向座的内孔直径应大于防脱螺栓安装工具的外径。

　　a 深度尺寸 545 mm 为标准模块深度方向最大尺寸，该尺寸不包括前面板安装的手柄等突出物。 b 手柄规格及所需数量根据实际需要确定。

　　图 B.1 2 倍标准直装模块

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 防脱螺栓部件;

　　3 — 上下盖板;

　　4 — 导向座;

　　5 — 左右侧板;

　　6 — 手柄;

　　7 — 前面板。

　　导向座的内孔直径应大于防脱螺栓安装工具的外径。

　　a 深度尺寸 545 mm 为标准模块深度方向最大尺寸，该尺寸不包括前面板安装的手柄等突出物。

　　b 手柄规格及所需数量根据实际需要确定。

　　图 B.2 4 倍标准直装模块

　　GB/T 35436—20 17

　　附 录 C

　　(资料性附录)快拆面板

　　为方便航天员操作标准模块内的实验系统进行科学实验，标准模块应设置快拆面板，应满足以下要求：

　　—SPU快拆面板的尺寸及位置由有效载荷设计方确定;

　　—SPL前部设置 3 块快拆面板，快拆面板为外凸式，前面板开设便于样品通过的槽孔，槽孔的形状与快拆面板相同，见图 C. 1 ;

　　—SDU前部设置一整体式快拆面板，快拆面板为内凹式，前面板开设便于样品通过的槽孔，槽孔的形状与快拆面板相同，见图 C. 1 。

　　a)标准锁箱模块面板

　　b)标准抽屉模块面板

　　快拆面板数量可以根据载荷需求变化。

　　图 C.1 标准模块快拆面板

　　GB/T 35436—20 17

　　附 录 D

　　(资料性附录)

　　SDU扩展模块

　　SDU标准模块可以扩展为 2 倍 SDU 和 3 倍 SDU及缩短型 SDU,其结构形式和主要尺寸见图D. 1 、图 D. 2 和图 D. 3 。

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 上下盖板;

　　3 — 左右侧板;

　　4 — 左右锁紧手柄;

　　5 — 前面板;

　　6 — 快拆面板;

　　7 — 防脱螺栓部件。

　　图中尺寸 425 . 5 公差等级为 e9,其余尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m级公差要求。左右手柄机构的设计应保证 2 倍 SDU 与实验柜准确地锁紧与分离。

　　a 该尺寸不包括前面板，左右锁紧手柄及滑道。

　　图 D.1 2 倍标准抽屉模块

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 上下盖板;

　　3 — 左右侧板;

　　4 — 左右锁紧手柄;

　　5 — 前面板;

　　6 — 快拆面板;

　　7 — 防脱螺栓部件。

　　图中尺寸 425 . 5 公差等级为 e9,其余尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m级公差要求。左右锁紧手柄的设计应保证 3 倍 SDU可与实验柜准确地锁紧与分离。

　　a 该尺寸不包括前面板，左右锁紧手柄及滑道。

　　图 D.2 3 倍标准抽屉模块

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　说明：

　　1 — 后面板;

　　2 — 上下盖板;

　　3 — 左右侧板;

　　4 — 左右锁紧手柄;

　　5 — 前面板;

　　6 — 快拆面板;

　　7 — 防脱螺栓部件。

　　图中尺寸 425 . 5 公差等级为 e9,其余尺寸值应符合 GB/T 1804 中中等 m级公差要求。左右手柄机构的设计应保证缩短型 SDU 与实验柜准确地锁紧与分离。

　　a 该尺寸不包括前面板，左右锁紧手柄及滑道。

　　图 D.3 缩短型抽屉模块

　　GB/T 35436—20 17

　　附 录 E

　　(资料性附录)

　　标准模块与实验柜机械安装接口

　　SPU 及 SPL 与实验柜的安装接口可按照图 E. 1 设计。

　　单位为毫米

　　a)标准直装模块及标准锁箱模块

　　单位为毫米

　　b)2 倍标准直装模块

　　图 E.1 标准直装模块机械安装接口

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　c)4 倍标准直装模块

　　2 倍 SPU及 4 倍 SPU所需螺钉数量为最大数量，可根据有效载荷具体设计质量值进行缩减。

　　图 E.1(续)

　　SDU 与实验柜的安装接口可按照图 E. 2 设计。

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　a)标准抽屉模块

　　单位为毫米

　　b)2 倍标准抽屉模块

　　图 E.2 标准抽屉模块机械安装接口

　　GB/T 35436—20 17

　　单位为毫米

　　c)3 倍标准抽屉模块

　　单位为毫米

　　d)缩短型标准抽屉模块

　　图 E.2(续)

　　GB/T 35436—20 17

　　图 E.2(续)

　　GB/T 35436—20 17

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 30114 . 1—2013 空间科学及其应用术语 第 1 部分：基础通用