全新空间交会对接系统

欧洲航天局 (ESA) 正在研究一种新系统，可以使两个航天器之间的对接变得容易。maxon为此研发出两种特殊的驱动系统。

即使之前已进行过很多次，但在太空中两个物体之间的对接操作一向是一个微妙且有潜在危险的过程。不但速度极快（国际空间站约为28,000 km/h），同时校正也很困难。举例来说，当两个物体即将相遇时，就不再使用机动推进器，因为排气羽流可能会造成损坏。为了避免损坏，安装在国际空间站中的机械臂会抓住货物运输工具，然后手动进行停靠。另一方面，载人航天器则是直接采用计算机控制过程对接。

这类对接操作将来会变得越来越简单、安全，欧洲航天局已委托其行业合作伙伴设计出一种新的对接系统，称为IBDM（国际停泊和对接机构）。此系统符合全球领先的航天机构都认可的国际对接系统标准 (IDSS)。因此，该系统与国际空间站和其他大多数航天器都可以兼容。这个机构的第一项任务落在逐梦者太空飞机 (Dream Chaser) 上，这艘看起来像紧凑型航天飞机的航天器不久将飞往国际空间站执行货运飞行。内华达山脉公司 (Sierra Nevada Corporation) 正在开发这种航天器。

吸收对接能量

IBDM是一种异体同构联轴器系统。这意味着连接器的两侧相同。它包括一个刚性内圈（刚性连接系统）和一个柔性外圈（柔性连接系统），具有六个自由度和力传感器。外圈首先会吸收对接能量，然后进行最后的气密连接，并通过机械钩将两个航天器紧紧拉在一起。

SENER负责研发和安装刚性连接系统。该公司目前正在研究鉴定样机，并在2020年进行测试。“到那时，IBDM会尽快用于国际空间站的补给飞行。”SENER的Gabriel Ybarra说。接下来的工作之一便是计划在NASA的月球空间站中使用这套系统。月球空间站计划在绕月轨道上运行，并作为将来前往火星的中间站。

双系统提供最大安全性

对于SENER的工程师来说，这是一个具有挑战性的项目：“我们首先需要完全理解ESA和NASA设定的所有要求，并了解如何满足这些要求。尤其是在安全方面，因为对接机构还要能够达到载人飞行的要求。”除了重量轻和提供需要的转矩之外，系统中使用的电动驱动装置也必须非常可靠。这正是SENER与驱动专家maxon合作多年的原因。

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maxon为刚性连接系统研发出配备两个绕组和一个GPX 22 UP行星齿轮箱的EC 32 flat盘式电机（上图）。总共有十二套maxon驱动系统为锁定钩提供动力。每套系统包括两个无刷EC-4pole 30电机和一个GPX 42 UP齿轮箱（下图）。

maxon的工程师已经为SENER研发两个驱动装置，可执行多种功能。第一个驱动装置包括两台无刷EC-4pole电机和一个GPX UP齿轮箱。十二个执行器为IBDM对接机构中的锁定钩提供动力。第二个驱动装置将一台盘式电机和一个行星齿轮箱组合使用。它被用在十一个位置，以管理插入式连接和固定孔以及其他辅助功能。

由于IBDM对接机构是对飞行至关重要的应用，因此要求使用冗余驱动系统。在主驱动装置发生故障的情况下，后备部份必须正常运行。这通常可以通过能在紧急情况下接管工作的备用电机解决。这是对锁定钩执行器采用的方法。但对于其他驱动系统，maxon工程师发现另一种非常规的解决方案：使用额外的定子代替额外的电机。因此，盘式电机配备两个定子，因此有两个绕组，每一个都能独立驱动转子——这种独创的解决方法，在保证安全性的同时也节省空间。

Gabriel Ybarra对与maxon的合作称赞有加：“团队在了解到我们的要求后，会很快更改设计。”此外，双方对机电系统都非常热衷。“从参与设计到生产和测试，整个过程都让人感到舒畅。这正是与maxon的合作最吸引人的地方。当系统首次运行时，就好像看着自己的孩子迈出人生第一步一样。”

图片版权
SENER / maxon / Sierra Nevada Corp.