GB/T 42178-2022 空间站气闸舱进出货物接口要求

　　ICS 49 . 020 CCS V 70

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 42178—2022

　　空间站气闸舱进出货物接口要求

　　Interface requirements for cargo egress and ingress

　　by airlock module of space station

　　2022-12-30 发布 2023-04-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 42178—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 进出货物方式 2

　　5 自动进出货物接口要求 3

　　5 . 1 货物本体包络面定义 3

　　5 . 2 自动进出货物方式 3

　　5 . 3 机械接口 5

　　5 . 4 供配电及信息接口 21

　　5 . 5 环境适应性 22

　　6 随航天员进出货物接口要求 22

　　6 . 1 随航天员进出货物方式 22

　　6 . 2 机械接口 22

　　6 . 3 环境适应性 22

　　附录 A (规范性) 载荷适配器 23

　　附录 B (规范性) 坐标系定义 25

　　附录 C (规范性) 舱外通用把手与舱外通用把手标准接口 29

　　I

　　GB/T 42178—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国载人航天标准化技术委员会(SAC/TC570)归口 。

　　本文件起草单位:上海宇航系统工程研究所 、中国载人航天工程办公室 、北京空间飞行器总体设计部 、上海航天信息研究所 、中国科学院空间应用工程与技术中心 、中国航天员科研训练中心 、北京空间科技信息研究所 。

　　本文件主要起草人:孟瑶、王锟、王华、宣建强、韩艳、张峤、王蔡健、吴军、孙小珠、徐磊、刘慧颖、高金忠、黄超 、刘嫡嫡 、张昊 、阴丽娜 、付元华 、劳海燕 、周涛 、罗斌 、朱欣 。

　　Ⅲ

　　GB/T 42178—2022

　　空间站气闸舱进出货物接口要求

　　1 范围

　　本文件规定了空间站气闸舱进出货物的方式 , 自动进出货物接口以及随航天员进出货物接口要求 。

　　本文件适用于由梦天实验舱货物气闸舱自动进出货物以及由问天实验舱气闸舱 、天和核心舱节点舱随航天员进出货物的接口设计1) 。

　　2 规范性引用文件

　　本文件没有规范性引用文件 。

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　货物本体 cargo

　　进出货物自身外形形成的几何体 。如图 1 所示 。

　　注 : 货物本体不含小臂目标适配器 Ⅱ 型(以下简称“ 小臂 目标适配器”) 、载荷适配器主动端或其他专用接口主动端等 。

　　标引序号说明:

　　1 — 货物本体 ;

　　2 — 货物本体包络 。

　　图 1 货物本体及货物本体包络示意图

　　1) 梦天实验舱 、问天实验舱 、天和核心舱是由中国载人航天工程办公室提供的商品名 。

　　1

　　GB/T 42178—2022

　　3.2

　　货物本体包络 cargo net envelope

　　包络货物本体的最小长方体 。如图 1 所示 。

　　3.3

　　货物进出舱包络 cargo envelope for transfer

　　包络货物本体包络 、安全间隙及其相关附件的最小长方体 。

　　注 : 货物进出舱包络通常包含货物本体包络 、热控包覆 、小臂目标适配器 、载荷适配器主被动端或其他专用接口主被动端 、连接工装 、电连接器主被动端 , 及货物本体包络与载荷转移机构预留安全间隙 、货物之间预留安全间隙 、导线转弯半径等 。

　　3.4

　　最大允许包络 allowable envelope for transfer

　　货物气闸舱 、气闸舱 、节点舱能够支持进出舱货物的最大包络 。

　　3.5

　　载荷转移机构 payload transfer mechanism

　　具备伸缩 、旋转以及位置调整功能 , 用于实现货物舱内外转移的机构类产品 。如图 2 所示 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 调整机构 ;

　　2 — 伸出方向 。

　　图 2 载荷转移机构示意图

　　3.6

　　调整机构 adjustment mechanism

　　载荷转移机构上用于实现货物在载荷转移机构上相对位置调整的机构 , 如图 2 所示 。 3.7

　　连接工装 cargo adapter

　　用于载荷适配器被动端或其他专用接口与载荷转移机构连接的转接设备 。

　　4 进出货物方式

　　空间站提供自动进出货物和随航天员进出货物两种进出货物方式 。

　　a) 自动进出货物方式:在梦天实验舱上 , 利用货物气闸舱 、载荷转移机构等设备 , 在舱内航天员操作及地面指挥控制下 , 自主完成进出货物的方式 。进出货物过程中 , 在舱内由航天员完成货物的安装/拆除 , 由载荷转移机构等设备实现货物 自主舱内外转移;在舱外由机械臂完成货物的抓取 、转运和安装 。

　　2

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　　b) 随航天员进出货物方式:在航天员通过问天实验舱气闸舱 、天和核心舱节点舱进行出舱任务期间 , 由两个航天员通过传递的方式实现货物进出舱的方式 , 通过单人或双人携物实现货物舱外转运。

　　5 自动进出货物接口要求

　　5 . 1 货物本体包络面定义

　　货物本体包络安装小臂目标适配器的面定义为前端面(F) , 与前端面相对的面定义为后端面(B) ,货物本体包络面对载荷转移机构的面定义为底面(D) , 与底面相对的面定义为顶面(U) , 面向前端面左侧的面定义为左侧面(L) , 面向前端面右侧的面定义为右侧面(R) , 如图 3 所示。

　　图 3 货物本体包络面定义示意图

　　5 . 2 自动进出货物方式

　　5 . 2 . 1 梦天实验舱配置货物气闸舱 , 货物可利用载荷转移机构从梦天实验舱货物气闸舱完成进出舱。自动进出货物安装方式包括“一字型”“L 型”两种。

　　a) “ 一字型”自动进出货物安装方式示意图如图 4 所示 , 基本特征如下:

　　1) 货物通过“一字型”连接工装与载荷转移机构连接 ;

　　2) 小臂目标适配器安装于货物本体包络前端面(F) ;

　　3) 载荷适配器(载荷适配器应符合附录 A 的规定)/其他专用接口安装于货物本体包络底面(D) 。

　　b) “ L 型”自动进出货物安装方式示意图如图 5 所示 , 基本特征如下:

　　1) 货物通过“L 型”连接工装与载荷转移机构连接 ;

　　2) 小臂目标适配器安装于货物本体包络前端面(F) ;

　　3) 载荷适配器/其他专用接口安装于货物本体包络后端面(B) 。

　　3

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　　标引序号说明:

　　1 —“一字型”连接工装 ;

　　2 — 载荷适配器/其他专用接口 ;

　　3 — 小臂目标适配器 ;

　　4 — 货物本体包络 ;

　　5 — 载荷适配器/其他专用接口被动端 ;

　　6 — 载荷转移机构 。

　　图 4 “ 一字型”自动进出货物安装方式示意图

　　标引序号说明:

　　1 —“L 型”连接工装 ;

　　2 — 载荷适配器/其他专用接口被动端 ;

　　3 — 载荷适配器/其他专用接口 ;

　　4 — 货物本体包络 ;

　　5 — 小臂目标适配器 。

　　图 5 “ L 型”自动进出货物安装方式示意图

　　5 . 2 . 2 连接工装 、载荷适配器/其他专用接口 、小臂目标适配器 、电连接器 、电缆等均属于货物本体包络的范畴 。

　　4

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　　5 . 3 机械接口

　　5 . 3 . 1 一般要求

　　自动进出货物机械接口一般要求如下 。

　　a) 最大允许质量为 400 kg(包含进出货物 , 热控包覆 , 小臂目标适配器 , 载荷适配器/其他专用接口 , 连接工装 , 以及电连接器 、转接电缆等附件的总质量) 。

　　b) 最大允许包络要求如图 6 所示:

　　1) 最大允许包络尺寸为 1 200 mm× 1 150 mm × 900 mm(L× B × H) , 各顶点及各边进行

　　。

　　100× 45 倒角或 R150 倒圆 。其中 L 向为载荷转移机构伸缩方向 , B 向为平行于载荷转

　　移机构上表面且垂直于 L 向方向 , H 向为垂直于载荷转移机构上表面方向 , 包络 L 向 自载荷转移机构顶板后沿(YⅢ O Ⅲ ZⅢ 平面)起向载荷转移机构伸出方向不大于 1 200 mm ;

　　。

　　2) 进出舱截面包络尺寸不大于 1 150 mm × 900 mm , 截面顶角进行 100 × 45 倒角或 R150

　　倒圆 ;

　　3) 包络高度自载荷转移机构顶板上表面(XⅢ O Ⅲ YⅢ 平面)起不大于 900 mm ;

　　4) 包络宽度两端最远处与载荷转移机构顶板 X Ⅲ O Ⅲ ZⅢ 平面的距离应不大于 575 mm 。

　　图 6 货物最大允许包络示意图

　　c) 货物进出舱包络应小于最大允许包络 。

　　d) 调整机构提供 20 处 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm) 、3 处 φ10 mm 销孔(孔深为 10 mm)以及 6 处 φ5 mm 销孔(孔深为 10 mm) , 可为安装转接工装 、载荷适配器被动端提供机械接 口 ,如图 7 所示 。

　　5

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　　单位为毫米

　　图 7 调整机构预留机械接口示意图

　　e) 载荷转移机构顶层板两侧面分别提供 16 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm),8个 φ5 mm 的销孔,分为 8 组 。其中 4 组每组配置 2 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm),2个 φ5 mm 的销孔;4 组每组配置 2 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm),可为安装非标准货物提供机械接口 ,如图 8 所示 。

　　f) 载荷转移机构顶层板上表面提供 16 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm) , 12 个 φ5 mm 的销孔,分为 6 组 。其中 4 组每组配置 2 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm) , 2 个 φ5 mm 的销孔;2 组每组配置 4 个 M5-6H 的螺纹孔(孔深为 10 mm) , 2 个 φ5 mm 的销孔,可为安装非标准货物提供机械接口 ,如图 8 所示 。

　　6

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　　单位为毫米

　　图 8 载荷转移机构顶层板机械接口示意图(第 1 页/共 2 页)

　　7

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　　单位为毫米

　　图 8 载荷转移机构顶层板机械接口(第 2 页/共 2 页)

　　8

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　　g) 进出舱货物可根据实际需求选用适用的螺纹孔及销孔 。

　　h) 货物结构强度应能承受进出舱过程中可能出现的所有负荷 , 要求如下:

　　1) 随载荷转移机构的平动速度: 30 mm/s ;

　　2) 随载荷转移机构的转动速度:6。/s ;

　　3) 随载荷转移机构的平动加速度: 30 mm/s2 ;

　　4) 随载荷转移机构的转动加速度:5。/s2 。

　　5 . 3 . 2 使用载荷适配器进出货物接口

　　5 . 3 . 2 . 1 自动进出货物模式

　　自动进出货物模式如表 1 所示 。

　　表 1 自动进出货物模式

　　货物所属舱体

　　进出舱模式

　　载荷适配器使用要求

　　梦天实验舱

　　机械臂单臂路径规划操作“一字型”自动进出货物

　　梦天实验舱载荷适配器

　　机械臂单臂路径规划操作“L 型”自动进出货物

　　梦天实验舱载荷适配器

　　机械臂单臂视觉伺服操作“L 型”自动进出货物

　　梦天实验舱载荷适配器

　　问天实验舱

　　机械臂级联视觉伺服操作“一字型”自动进出货物

　　问天实验舱载荷适配器

　　机械臂级联视觉伺服操作“L 型”自动进出货物

　　问天实验舱载荷适配器

　　问天实验舱/梦 天 实验舱

　　两个“L 型”自动进出货物

　　问天实验舱载荷适配器/梦天实验舱载荷适配器

　　5 . 3 . 2 . 2 机械臂单臂路径规划操作“ -字型”自动进出货物

　　机械臂单臂路径规划操作“一字型”自动进出货物时 , 位置关系如图 9 所示 , 要求如下(坐标系定义应符合附录 B 的规定) 。

　　图 9 机械臂单臂路径规划操作“ -字型”自动进出货物示意图

　　a) 梦天实验舱载荷适配器被动端YMOM ZM 平面应与调整机构 X Ⅱ O Ⅱ ZⅡ 平面重合 , 且梦天实验舱载荷适配器被动端安装面 X MOMYM 平面应与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面平行 , 如图 10所示 。

　　b) 梦天实验舱载荷适配器被动端 XMOM ZM 平面应与调整机构 YⅡ O Ⅱ ZⅡ 平面重合 , 如图 10所示 。

　　9

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　　图 10 梦天实验舱载荷适配器被动端与调整机构位置关系示意图

　　c) 小臂目标适配器 XBOBYB 平面应与梦天实验舱载荷适配器被动端YMOM ZM 平面重合,如图 11所示。

　　注 : 重合指理论重合,不含实际产品安装误差 。

　　d) 货物本体包络右侧面(R)与梦天实验舱载荷适配器YMOM ZM 平面的距离应为 200 — 1(0)0 mm,确

　　保航天员在轨手动操作空间,如图 11 所示 。

　　e) 对于标准货物,货物本体包络前端面(F) 、后端面(B)与梦天实验舱载荷适配器 XMOM ZM 平面的距离应不大于 300 mm,如图 11 所示 。

　　f) 小臂目标适配器 OB XB 方向应指向梦天实验舱载荷适配器 OM ZM 的正方向,如图 11 所示 。

　　g) 小臂 目标适配器 YBOB ZB 平面与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面的距离应为 460 mm± 2 mm, 如图 12 所示 。

　　h) 小臂目标适配器YBOB ZB 平面与梦天实验舱载荷适配器被动端安装面坐标系 XMOMYM 平面的距离,应满足机械臂操作包络要求,如图 11 所示 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 右侧面(R) ;

　　2 — 载荷适配器手动操作口 ;

　　3 — 前端面(F) ;

　　4 — 后端面(B) 。

　　图 1 1 梦天实验舱载荷适配器与货物本体包络 、小臂目标适配器位置关系示意图

　　10

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　　标引序号说明 :

　　1 — 距离满足机械臂操作包络要求 。

　　图 12 进出货物与载荷转移机构位置关系示意图

　　i) 根据实际情况允许小臂目标适配器顺/逆时针旋转 90。安装 , 如图 13 所示 。

　　图 13 小臂目标适配器顺/逆时针旋转 90。安装示意图

　　5 . 3 . 2 . 3 机械臂单臂路径规划操作“L 型”自动进出货物

　　机械臂单臂路径规划操作“L 型”自动进出货物时 , 位置关系如图 14 所示 , 要求如下(坐标系定义应符合附录 B 的规定) 。

　　11

　　12

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　　图 14 机械臂单臂路径规划操作“L 型”自动进出货物示意图

　　a) 梦天实验舱载荷适配器被动端YMOM ZM 平面应与调整机构 X Ⅱ O Ⅱ ZⅡ 平面重合 , 且梦天实验舱载荷适配器被动端 XMOM ZM 平面应与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面平行 , 如图 15 所示 。

　　b) 梦天实验舱载荷适配器被动端 XMOM ZM 平面与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面的距离应为460 mm±2 mm , 如图 15 所示 。

　　图 15 梦天实验舱载荷适配器被动端与调整机构位置关系示意图

　　c) 小臂目标适配器应与梦天实验舱载荷适配器主动端对心安装 , 如图 16 所示 。

　　d) 货物本体包络左侧面(L)与梦天实验舱载荷适配器YMOM ZM 平面的距离应为 200 — 1(0)0 mm , 确

　　保航天员在轨手动操作空间 , 如图 16 所示 。

　　e) 对于标准货物 , 货物本体包络顶面(U) 、底面(D)与梦天实验舱载荷适配器 XMOM ZM 平面的距离应不大于 300 mm , 如图 16 所示 。

　　f) 小臂目标适配器 OB XB 方向应指向梦天实验舱载荷适配器 OMYM 负方向 , 如图 16 所示 。

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　　标引序号说明:

　　1 — 手动操作口 ;

　　2 — 左侧面(L) ;

　　3 — 顶面(U) ;

　　4 — 底面(D) 。

　　图 16 梦天实验舱载荷适配器与小臂目标适配器位置关系示意图

　　g) 货物本体包络底面(D)与“L 型”连接工装上表面的距离应不小于 80 mm , 如图 17 所示 。

　　标引序号说明:

　　1 — 连接工装 ;

　　2 — 底面(D) 。

　　图 17 货物本体包络与载荷转移机构安全间距示意图

　　h) 根据实际情况允许小臂目标适配器顺/逆时针旋转 90。安装 , 如图 18 所示 。

　　13

　　14

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　　图 18 小臂目标适配器顺/逆时针旋转 90。安装示意图

　　5 . 3 . 2 . 4 机械臂单臂视觉伺服操作“L 型”自动进出货物

　　机械臂单臂视觉伺服操作“L 型”自动进出货物时 , 位置关系如图 14 所示 , 要求如下(坐标系定义应符合附录 B 的规定) 。

　　a) 梦天实验舱载荷适配器被动端YMOM ZM 平面应与调整机构 X Ⅱ O Ⅱ ZⅡ 平面重合 , 且梦天实验舱载荷适配器被动端 XMOM ZM 平面应与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面平行 , 如图 15 所示 。

　　b) 梦天实验舱载荷适配器被动端 XMOM ZM 平面与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面的距离应为460 mm±2 mm , 如图 15 所示 。

　　c) 小臂目标适配器应与梦天实验舱载荷适配器主动端对心安装 , 如图 16 所示 。

　　d) 货物本体包络左侧面(L)与梦天实验舱载荷适配器YMOM ZM 平面的距离应为 200 — 1(0)0 mm , 确

　　保航天员在轨手动操作空间 , 如图 16 所示 。

　　e) 小臂目标适配器 OB XB 方向应指向梦天实验舱载荷适配器 OMYM 负方向 , 如图 16 所示 。

　　f) 机械臂视觉伺服操作“L 型”自动进出货物时 , 应在“L 型”连接工装上安装小臂靶标 , 小臂靶标YZOZZZ 平面与梦天实验舱载荷适配器YMOM ZM 平面重合 , 小臂靶标 XZOZZZ 平面与梦天实验舱载荷适配器 XMOM ZM 平面的距离应为 380 mm 。进舱货物本体包络顶面(U)与调整机构上表面 X Ⅱ O Ⅱ YⅡ 平面的距离应不大于 740 mm , 如图 19 所示 。

　　标引序号说明:

　　1 — 顶面(U) ;

　　2 — 底面(D) 。

　　图 19 梦天实验舱载荷适配器 、货物本体包络与 L 型连接工装 、小臂靶标位置关系