一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法如下：(1)提出舱外故障设备的维修预案，维修预案包括维修转移路径，维修操作流程和人机工效评价标准；(2)建立航天器舱体的三维模型，模拟航天器舱体外所有设备布局，仿真验证维修转移路径，判断转移路径上是否有舱外设备阻挡；(3)维修操作试验验证，记录操作力矩、操作时间；(4)判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准；(5)确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案。本发明可以快速确定在轨突发故障的舱外设备维修方案，具备1小时快速响应能力，同时经济性优异，可以解决空间站工程大体量舱外维修快速验证问题。
1.一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提出舱外故障设备的维修预案，维修预案包括维修转移路径，维修操作流程和人机工效评价标准；
舱外故障设备的维修预案，包括：航天员维修或维护舱外故障设备的转移路径，需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的转移路径，在轨可更换单元ORU为需维修或维护的舱外设备的一部分；航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位、需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的机械电气接口信息，需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的维修工具及辅助设施，维修操作流程，人机工效评价标准，人机工效评价标准中包括：操作力矩范围、维修操作时间范围；
航天员维修或维护舱外故障设备的转移路径为：从空间站的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；
需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的转移路径，包括两种路径，其中一种路径为：航天员携带需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件或维护工具，从空间站的航天员出舱的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；另一种路径为：空间站的机械臂将需维修的舱外在轨可更换单元ORU的备件，从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；
(2)建立航天器舱体的三维模型，模拟航天器舱体外所有设备布局，仿真验证维修转移路径，判断转移路径上是否有舱外设备阻挡；
(4)判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准；
2.根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(2)中，转移路径仿真验证方法为：(1)建立航天器舱体的三维模型，并模拟航天器舱体外所有设备布局，根据航天员位置，确定航天员出舱的气闸舱门，设定主路径和支路径，主路径和支路径相连形成航天员从空间站的气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置，主路径为已验证过的从气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的路径；
支路径为未验证过的航天员从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的路径；
根据需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件位置和机械臂的位置，设定主路径和支路径，主路径和支路径相连形成在轨可更换单元ORU的备件从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置，主路径为已验证过的从货物气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的路径；支路径为未验证过的在轨可更换单元ORU的备件从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的路径；
(2)建立航天员着服后的人服系统模型，该人服系统模型能够完全模拟航天员着服后的状态；
(3)利用仿真工具，使人服系统模型按照主路径和支路径，在航天器舱体的三维模型上携带需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件或维护工具，从空间站的航天员出舱的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；使机械臂按照通用路径和专用路径，在航天器舱体的三维模型上携带在轨可更换单元ORU的备件从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置；
(4)判断支路径上是否有舱外设备阻挡，如果没有阻挡，则判定步骤(1)中维修预案的转移路径合理，如果有阻挡，则返回步骤(1)，以重新规划支路径。
3.根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(3)中，维修操作试验验证的方法如下：(1)按照步骤(1)中的维修预案，准备需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的地面模拟件即维修对象的模拟件、维修工具及辅助设施；
(2)将维修对象地面模拟件安装到舱外维修地面模拟系统的伺服机构上的固定工装上；
(4)调整舱外维修地面模拟系统的伺服机构，确定维修对象地面模拟件与人服系统之间的相对位置，以模拟在轨需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU位置与航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位之间的相对位置；
(5)地面试验人员带上舱外维修地面模拟系统上的舱外航天服手套，按照步骤(1)中的维修操作流程，对维修对象地面模拟件进行操作，记录操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间。
4.根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(4)中，判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准，步骤如下：将步骤(3)的维修操作试验验证记录的操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间与维修预案中的人机工效评价标准中的操作力矩范围、维修操作时间范围对比，若步骤(3)的维修操作试验验证记录的操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间均在维修预案中的人机工效评价标准中的操作力矩范围、维修操作时间范围内，则判定操作力矩、和操作时间符合要求，从而判定维修操作流程合理，否则，判定操作力矩、操作时间不符合要求。
5.根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(5)中，确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案，方法如下：(1)制定航天员在轨出舱维修可用的维修方案，包括：步骤(2)已验证过的航天员从气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的主路径、已验证过的航天员从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的支路径、已验证过的在轨可更换单元ORU的备件从货物气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的主路径、已验证过的在轨可更换单元ORU的备件从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的支路径、航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位、需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的机械电气接口信息，需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的维修工具及辅助设施，步骤(4)判定的合理的维修操作流程；
(2)将步骤(1)制定的航天员在轨出舱维修可用的维修方案发给在轨空间站中的航天员。
6.根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述辅助设施，包括：胶带、收纳袋。
一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，本发明属于载人航天器总体设计技术领域，具体属于维修性设计与验证技术领域。
背景技术
[0002] 我国空间站在轨寿命长、可靠性要求高，其研制难度前所未有。“和平号”空间站通过维修将寿命延长到15年，延寿期间航天员75％的时间在开展维修工作。国际空间站通过维修将延寿到2024年，航天员日常40％的时间在开展维修工作，截至2016年9月，共开展了384次出舱维修维护。维修是保证我国空间站在轨运营必不可少的关键措施。密封舱舱外真空、冷黑、照明、温度、设备状态及舱外航天服特性对产品的可维修性影响大，故维修性设计、验证和实施的难度很大。而且，我国空间站舱外众多具有控制、推进、通信、能源、空间技术等关键功能的产品需要出舱维修维护。同时，空间站是我国首次开展舱外维修维护设计的载人航天器，故突破舱外维修维护地面验证技术对我国空间站的研制和在轨运营至关重要。
[0003] 目前我国空间站全面开展了维修性设计工作，其中，安装在舱外的需要维修设备共60类，约占总维修设备的10％。载人航天器舱外设备工作在真空环境中，真空环境下舱外材料会出现蒸发、升华，造成材料组分的变化、有机物的膨胀，进一步改变材料原有力、热等物理性能和电性能，从而导致机电类设备发生黏着和冷焊效应，造成旋转部件的磨损、黏连和卡死；航天器在冷黑环境中运行，受到周期性的太阳辐照，使舱外设备的温度发生高低变化，也会导致材料热胀冷缩出现机构卡滞；航天员在开展舱外维修操作，需着舱外航天服，舱外航天服手套内外压差40kPa，航天员的可视性、可达性、可操作性均受到舱外航天服的制约影响。恶劣的维修条件以及航天服约束给舱外维修活动带来很大困难，同时，舱外活动也直接关切航天员生命安全。因此，有必要针对舱外维修操作进行充分的验证。
[0004] 同时，尽管前期进行了全面的方案设计，并对航天员进行了充分的训练，但是由于空间碎片、真空、高低温交变、舱外设备工作对环境的影响等因素，与飞行器飞行时间因素叠加，难免会在出舱活动中出现突发情况，这对航天员安全和出舱任务的完成都会带来致命的影响，因此，有必要在地面建立一套验证系统，并形成地面验证快速响应的程序和方法，实时支持出舱活动，降低任务风险。
发明内容
[0005] 本发明解决的技术问题为：本发明可以快速确定在轨突发故障的舱外设备维修方案，具备1小时快速响应能力，同时经济性优异，可以解决空间站工程大体量舱外维修验证耗时长，代价大的问题。
[0006] 本发明解决的技术方案为：一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，包括以下步骤：
[0007] (1)提出舱外故障设备的维修预案，维修预案包括维修转移路径，维修操作流程和人机工效评价标准；
[0008] (2)建立航天器舱体的三维模型，模拟航天器舱体外所有设备布局，仿真验证维修转移路径，判断转移路径上是否有舱外设备阻挡；
[0009] (3)维修操作试验验证，记录操作力矩、操作时间；
[0010] (4)判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准；
[0011] (5)确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案。
[0012] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0013] (1)本发明利用航天器舱体三维模型，通过模拟航天器舱外所有设备布局，对航天员从出舱口到待维修设备工作地点的路径，以及维修备件由机械臂从货物气闸舱抓取，由机械臂转移到维修工作地点的路径进行仿真验证，可以快速判断转移路径上是否有设备阻挡，该仿真验证方法简便经济，并且能真实还原在轨运行航天器舱外布局状态，验证结果准确。
[0014] (2)本发明利用“舱外维修地面模拟系统”进行维修流程的操作验证，“舱外维修地面模拟系统”实现了舱外产品维修性影响因素的全覆盖，对真空、高低温、着航天服手套后的运动约束这些影响维修操作的因素进行了综合模拟。与地面常温常压下操作试验以及中性浮力水槽中操作试验相比，在“舱外维修地面模拟系统”进行的维修操作试验，时间和操作力矩与在轨实际情况更接近；
[0015] (3)本发明利用“舱外维修地面模拟系统”进行维修流程的操作验证。“舱外维修地面模拟系统”试验前准备时间短，能覆盖所有空间站上待维修在轨可更换单元的机械、电气、液路接口形式，从接到验证任务启动验前准备流程到具备操作条件，仅需要约1小时；美国着服操作的中性浮力水槽验前准备时间需要约24小时。与之相比响应时间缩短了96％。
[0016] (4)本发明可提供的快速验证方法经济性优异，可为在轨维修任务提供地面同步支持，可为空间站工程大体量舱外操作验证提供低成本高质量服务。
附图说明
[0017] 图1本发明的舱外在轨维修地面快速响应支持方法流程图；
[0018] 图2地面模拟系统组成示意图。
具体实施方式
[0019] 本发明的基本思路为：提出一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法如下：(1)提出舱外故障设备的维修预案，维修预案包括维修转移路径，维修操作流程和人机工效评价标准；(2)建立航天器舱体的三维模型，模拟航天器舱体外所有设备布局，仿真验证维修转移路径，判断转移路径上是否有舱外设备阻挡；(3)维修操作试验验证，记录操作力矩、操作时间；(4)判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准；(5)确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案。本发明可以快速确定在轨突发故障的舱外设备维修方案，具备1小时快速响应能力，同时经济性优异，可以解决空间站工程大体量舱外维修快速验证问题。
[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，
[0021] 本发明提出了一种航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，如图1所示，包括以下步骤：(1)提出舱外故障设备的维修预案，维修预案包括维修转移路径，维修操作流程和人机工效评价标准；(2)建立航天器舱体的三维模型，模拟航天器舱体外所有设备布局，仿真验证维修转移路径，判断转移路径上是否有舱外设备阻挡；(3)维修操作试验验证，记录操作力矩、操作时间；(4)判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准；(5)确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案。
[0022] 根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(1)中，提出的舱外维修预案包括航天员维修或维护舱外故障设备的转移路径，和需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的转移路径；航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位；需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的机械电气接口信息；需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的维修工具及辅助设施；维修操作流程；人机工效评价标准。
[0023] 航天员舱外转移有自主爬行和机械臂转移两种方式，在轨可更换单元ORU舱外转移方式有航天员携带后随航天员自主转移和机械臂转移两种方式。航天员维修或维护舱外故障设备的转移路径为：从空间站的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置。需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的转移路径，包括两种路径，其中一种路径为：航天员携带需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件或维护工具，从空间站的航天员出舱的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；另一种路径为：空间站的机械臂将需维修的舱外在轨可更换单元ORU的备件，从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置。
[0024] 航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位，会直接影响航天员与维修或维护舱外在轨可更换单元ORU之间的相对位置关系，从而影响维修操作力矩大小和维修时间，是实施维修操作之前的重要步骤，因此在舱外维修预案中必须明确。
[0025] 舱外维修预案中还应包括维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的机械电气接口信息，维修操作的直接对象就是舱外在轨可更换单元ORU上的机械、电气接口，这些接口的信息有助于航天员提前了解所需要的操作技能并做好充足准备，保证维修操作时间在规定范围内。
[0026] 维修操作流程是航天员完成在维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位后，实施的松开机械紧固件、拔出电连接器、卸下故障的在轨可更换单元ORU、替换上在轨可更换单元ORU备件、插接上电连接器、安装机械紧固件的步骤。
[0027] 优选的人机工效评价标准内包括维修可视范围、维修可达范围、维修操作力矩范围、维修操作时间范围。人机工效评价标准针对身高范围为160cm～175cm，坐高≤96cm，体重范围为48kg～74kg的航天员，穿着舱外航天服后的运动特性确定。舱外操作姿势确定后，操作部位应在航天员有效视区内，视区要求如下：以航天员两眼中心为原点，上0～80°；下0～60°，左0～100°，右0～100°。舱外电连接器插拔力应≯60N，手动工具需要的启动力应≯89N。单次出舱维修任务所需时间不应超过6小时。
[0028] 根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对转移路径进行仿真验证。
[0029] 转移路径上不能有舱外设备造成的阻挡，否则会延长转移时间，导致出舱活动任务失败，甚至发生碰撞，威胁航天员生命安全。通过仿真验证可以快速判断转移路径上是否有设备阻挡，该仿真验证方法简便经济，并且能真实还原在轨运行航天器舱外布局状态，验证结果准确。转移路径仿真验证方法为：
[0030] 建立航天器舱体的三维模型，并模拟航天器舱体外所有设备布局，根据航天员位置，确定航天员出舱的气闸舱门，设定主路径和支路径，主路径和支路径相连形成航天员从空间站的气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置，主路径为已验证过的从气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的路径；支路径为未验证过的航天员从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的路径；
[0031] 根据需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件位置和机械臂的位置，设定主路径和支路径，主路径和支路径相连形成在轨可更换单元ORU的备件从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置，主路径为已验证过的从货物气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的路径；支路径为未验证过的在轨可更换单元ORU的备件从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的路径；
[0032] 建立航天员着服后的人服系统模型，该人服系统模型能够完全模拟航天员着服后的状态；
[0033] 利用仿真工具，使人服系统模型按照主路径和支路径，在航天器舱体的三维模型上携带需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的备件或维护工具，从空间站的航天员出舱的气闸舱到需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU的安装位置；使机械臂按照通用路径和专用路径，在航天器舱体的三维模型上携带在轨可更换单元ORU的备件从空间站的货物气闸舱到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU安装位置；
[0034] 判断支路径上是否有舱外设备阻挡，如果没有阻挡，则判定步骤(1)中维修预案的转移路径合理，如果有阻挡，则返回步骤(1)，以重新规划支路径。
[0035] 根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(3)中，进行维修操作试验验证的方法如下：
[0036] 按照步骤(1)中的维修预案，准备需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的地面模拟件即维修对象的模拟件、维修工具及辅助设施；
[0037] 将维修对象地面模拟件安装到载人航天器舱外维修地面模拟系统的伺服机构上的固定工装上。如图2所示，载人航天器舱外维修地面模拟系统包括伺服机构(1)、控制台(2)、真空罐(3)、观察窗(4)、航天服手套(5)和支架导轨(6)；真空罐(3)上设置有观察窗(4)和航天服手套(5)，航天服手套(5)伸入到所述真空罐(3)内部，且与真空罐(3)之间密封连接；支架导轨(6)和伺服机构(1)均位于真空罐(3)内部，支架导轨(6)固定在真空罐(3)底部，伺服机构(1)安装在支架导轨(6)上；维修设备模拟件(7)安装在伺服机构(1)上，在控制台(2)的控制下具有四个运动自由度。伺服机构(1)的转盘上装有固定工装，固定工装能够固定维修对象地面模拟件，伺服机构运动能够模拟维修对象地面模拟件与人服系统之间的相对位置
[0038] 将载人航天器舱外维修地面模拟系统的真空罐(3)抽真空，使内外差压达到40kPa；
[0039] 调整载人航天器舱外维修地面模拟系统的伺服机构，确定维修对象地面模拟件与人服系统之间的相对位置，以模拟在轨需维修或维护的舱外在轨可更换单元ORU位置与航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位之间的相对位置；
[0040] 地面试验人员带上载人航天器舱外维修地面模拟系统上的舱外航天服手套，按照步骤(1)中的维修操作流程，对维修对象地面模拟件进行操作，松开机械紧固件、拔出电连接器、卸下故障的在轨可更换单元ORU、临时固定卸下的在轨可更换单元ORU、替换上在轨可更换单元ORU备件、插接上电连接器、安装机械紧固件。记录操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间，并对维修操作过程中的可视范围和可达范围进行定性描述并记录。
[0041] 利用“载人航天器舱外维修地面模拟系统”进行维修流程的操作验证，“载人航天器舱外维修地面模拟系统”实现了舱外产品维修性影响因素的全覆盖，对真空、高低温、着航天服手套后的运动约束这些影响维修操作的因素进行了综合模拟。与地面常温常压下操作试验以及中性浮力水槽中操作试验相比，在“载人航天器舱外维修地面模拟系统”进行的维修操作试验，时间和操作力矩与在轨实际情况更接近；同时，“载人航天器舱外维修地面模拟系统”试验前准备时间短，能覆盖所有空间站上待维修在轨可更换单元的机械、电气、液路接口形式。
[0042] 根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(4)中，判定操作力矩、操作时间是否达到维修预案中的人机工效评价标准，步骤如下：
[0043] 将权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法的步骤(3)的维修操作试验验证记录的操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间与维修预案中的人机工效评价标准中的操作力矩范围、维修操作时间范围对比，若步骤(3)的维修操作试验验证记录的操作维修对象地面模拟件的操作力矩、维修操作时间均在维修预案中的人机工效评价标准中的操作力矩范围、维修操作时间范围内，则判定操作力矩、和操作时间符合要求，从而判定维修操作流程合理，否则，判定操作力矩、操作时间不符合要求。如果操作力矩、操作时间不符合要求，则重新调整维修站位、维修操作工具和维修操作流程，再按照权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法的步骤(3)进行维修操作验证，如果还不符合要求，则更改在轨可更换单元ORU的维修性设计方案。
[0044] 根据权利要求1所述的航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，其特征在于，所述步骤(5)中，确定航天员在轨出舱维修可用的维修方案，方法如下：
[0045] (1)制定航天员在轨出舱维修可用的维修方案，包括：步骤(2)已验证过的航天员从气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的主路径、已验证过的航天员从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的支路径、已验证过的在轨可更换单元ORU的备件从货物气闸舱门到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU位置附近的主路径、已验证过的在轨可更换单元ORU的备件从需维修或维护的舱外设备的附近到需维修或维护的舱外设备的在轨可更换单元ORU的支路径、航天员维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的站位、需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的机械电气接口信息，需维修或维护舱外在轨可更换单元ORU的维修工具及辅助设施，步骤(4)判定的合理的维修操作流程；
[0046] (2)将步骤(1)制定的航天员在轨出舱维修可用的维修方案发给在轨空间站中的航天员。
[0047] 实施例：
[0048] 以空间站“舱外载荷适配器”维修验证为例，按照本航天器舱外在轨维修地面快速响应支持方法，对空间站上舱外设备“舱外载荷适配器”进行了维修方案快速验证。
[0049] “舱外载荷适配器”在轨可更换单元ORU的备件存储在货物气闸舱，利用机械臂进行备件和航天员转移。在舱体三维模型的基础上，设定机械臂从货物气闸舱到“舱外载荷适配器”在轨可更换单元ORU安装地点的备件转移路径，设定机械臂从气闸舱到“舱外载荷适配器”在轨可更换单元ORU安装地点的航天员转移路径，设定转移路径全程离周边安装设备的最短距离不小于10mm，转移时间不超过30分钟。利用JACK软件对设定好的路径进行分析比对，结果显示维修路径上午阻挡设备，且离周边安装设备的最短距离大于10mm，维修时间为25分钟，能满足要求。整个仿真验证过程用时约2小时。
[0050] 在进行仿真验证后，按照“舱外载荷适配器”维修预案，准备地面维修操作验证试验，从接到验证任务启动验前准备流程到具备操作条件，仅用时约1小时，按照维修操作流程，对维修对象地面模拟件进行操作，松开机械紧固件、拔出电连接器、卸下故障的在轨可更换单元ORU、临时固定卸下的在轨可更换单元ORU、替换上在轨可更换单元ORU备件、插接上电连接器、安装机械紧固件，用时共计2小时，舱外电连接器插拔力应≯60N，手动工具需要的启动力应≯89N，维修操作力矩、操作时间均满足要求。因为维修转移路径和维修操作流程均验证合理，从而确定了在轨可用的“舱外载荷适配器维修方案”，可指导航天员进行在轨维修。
[0051] “舱外载荷适配器”维修操作验证试验后进行分析判定用时约2小时，总计共7小时。而美国着服操作的中性浮力水槽验前准备时间需要约24小时，试验验证需要约12小时，共计月36小时。与中性浮力水槽验证相比，本方法的验证时间缩短了81％。
[0052] 利用“载人航天器舱外维修地面模拟系统”进行维修流程的操作验证，“载人航天器舱外维修地面模拟系统”实现了舱外产品维修性影响因素的全覆盖，对真空、高低温、着航天服手套后的运动约束这些影响维修操作的因素进行了综合模拟。与地面常温常压下操作试验以及中性浮力水槽中操作试验相比，在“载人航天器舱外维修地面模拟系统”进行的维修操作试验，时间和操作力矩与在轨实际情况更接近；同时，“载人航天器舱外维修地面模拟系统”试验前准备时间短，能覆盖所有空间站上待维修在轨可更换单元的机械、电气、液路接口形式。
[0053] 本发明可以快速确定在轨突发故障的舱外设备维修方案，具备1小时快速响应能力，同时经济性优异，可以解决空间站工程大体量舱外维修验证耗时长，代价大的问题。
