小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計，包括步驟：步驟A：根據(jù)總體任務(wù)需求，確定衛(wèi)星的基本構(gòu)型和主承力構(gòu)件；步驟B：錨定機構(gòu)和緩沖機構(gòu)的設(shè)計；步驟C：確定衛(wèi)星艙外單機與推力器布局方案，包括錨定機構(gòu)和緩沖機構(gòu)的布局方案以及推力器布局設(shè)計；步驟D：確定衛(wèi)星艙內(nèi)單機布局方案；步驟E：根據(jù)輕量化、小型化的設(shè)計要求，對衛(wèi)星的構(gòu)型與布局進行優(yōu)化設(shè)計，包括將傳統(tǒng)外側(cè)板改為蒙皮包覆設(shè)計。本發(fā)明的優(yōu)越性體現(xiàn)在滿足衛(wèi)星基本指標(biāo)和實施方案的基礎(chǔ)上，并減輕航天器重量和成本，達到衛(wèi)星輕量化、單機小型化和成本節(jié)約化。
【專利說明】小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天飛行器構(gòu)型與布局設(shè)計領(lǐng)域，尤其為一種帶錨定機構(gòu)的小型化軌道拖船衛(wèi)星的構(gòu)型與布局設(shè)計，具體涉及小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002]軌道拖船是一種小型航天器，由主航天器攜帶并在軌分離，吸附或附著在目標(biāo)航天器上，接管目標(biāo)航天器的姿態(tài)及軌道控制功能，并將其離軌，此過程如圖1所示。
[0003]經(jīng)過調(diào)研，目前衛(wèi)星的構(gòu)型與布局方法一般適用于全自主控制模式下的大型航天器，而對于此類附著于主航天器的軌道拖船衛(wèi)星的構(gòu)型和布局并無先例。
[0004]一般大型航天器構(gòu)型與布局方法:需要考慮包括整流罩、姿態(tài)穩(wěn)定方式和需要參考成熟平臺和類似衛(wèi)星的設(shè)計；對于衛(wèi)星的指向精度、姿態(tài)穩(wěn)定度等指標(biāo)也有嚴格要求；外伸部件眾多，包括展開式太陽電池陣，天線、載荷等其它需要外伸的部件；需要滿足各種儀器設(shè)備安裝要求以及能夠與外部環(huán)境相適應(yīng)的整體設(shè)計工作。
[0005]因此，針對一般大型航天器的構(gòu)型與布局設(shè)計方法并不適用于本軌道拖船衛(wèi)星的設(shè)計要求。針對衛(wèi)星總體需求，在設(shè)計軌道拖船衛(wèi)星的過程中，將重點體現(xiàn)“輕量化、小型化和低成本化”三個目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明提供的小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0008]步驟A:根據(jù)總體任務(wù)需求,確定衛(wèi)星的基本構(gòu)型和主要主承力構(gòu)件；
[0009]步驟B:設(shè)計錨定機構(gòu)和緩沖機構(gòu)；
[0010]步驟C:確定衛(wèi)星艙外單機與推力器布局方案；
[0011]步驟D:確定衛(wèi)星艙內(nèi)單機布局方案；
[0012]步驟E:根據(jù)輕量化、小型化的設(shè)計要求，對衛(wèi)星的構(gòu)型與布局進行優(yōu)化設(shè)計，具體地:衛(wèi)星整體構(gòu)型為圓柱形，衛(wèi)星的外側(cè)板為鋁蜂窩板結(jié)構(gòu)，外側(cè)板使用碳纖維蒙皮包覆設(shè)計，以減輕衛(wèi)星質(zhì)量，同時對衛(wèi)星剛度的影響也較小。
[0013]優(yōu)選地，在所述步驟A中，具體地:衛(wèi)星基本構(gòu)型為圓柱體型，中心軸線方向安裝承力筒，表面張力貯箱安裝在承力筒內(nèi)部；貯箱采用單法蘭剛性連接，貯箱與安裝板之間采用4mm玻璃鋼墊片隔熱安裝。
[0014]優(yōu)選地，在所述步驟B中，具體地:錨定機構(gòu)包括錨鉤，其中錨鉤中安裝釋放解鎖裝置，當(dāng)錨鉤插進目標(biāo)星后，釋放解鎖裝置啟動，錨定展開固定住目標(biāo)星。
[0015]優(yōu)選地，在所述步驟C中，具體地:衛(wèi)星共配置8個姿控推力器，8個65°轉(zhuǎn)角的斜噴口推力器對稱布置在衛(wèi)星底板；錨定機構(gòu)位于衛(wèi)星頂板上中心位置，四組緩沖機構(gòu)距離中心點750mm，安裝于衛(wèi)星頂板的正負X軸方向和正負Y軸方向。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0017]本發(fā)明的優(yōu)越性體現(xiàn)在滿足衛(wèi)星基本指標(biāo)和實施方案的基礎(chǔ)上，減輕了航天器重量和成本，實現(xiàn)衛(wèi)星的輕量化、單機小型化和成本節(jié)約化設(shè)計。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0019]圖1為軌道拖船衛(wèi)星任務(wù)實施過程圖；
[0020]圖2為軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型圖；
[0021]圖3為主承力筒示意圖；
[0022]圖4為錨定機構(gòu)示意圖；
[0023]圖5為錨定緩沖系統(tǒng)布局示意圖；
[0024]圖6為推力器與測控天線布局示意圖；
[0025]圖7為拖船內(nèi)部布局示意圖；
[0026]圖8為網(wǎng)狀蒙皮示意圖。
[0027]圖中:
[0028]I為主航天器；
[0029]2為軌道拖船衛(wèi)星；
[0030]3為目標(biāo)星；
[0031]4為緩沖機構(gòu)；
[0032]5為錨定機構(gòu)；
[0033]6為推力器；
[0034]7為測控天線。

【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0036]I)根據(jù)總體任務(wù)需求，確定衛(wèi)星的基本外形和主承力構(gòu)件；
[0037]軌道拖船衛(wèi)星本體為圓柱型，承力筒式結(jié)構(gòu)，拖船由服務(wù)艙、星艙連接環(huán)、錨定緩沖系統(tǒng)等模塊組成，如圖2所示；主承力筒外形尺寸為Φ460πιπιΧ 700mm，內(nèi)徑Φ430mm，筒體壁厚15mm，采用碳纖維蒙皮-鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)型式，外形示意圖如圖3所示，拖船的包絡(luò)尺寸為Φ900πιπιΧ 1000mm，滿足拖船輕量化、小型化的設(shè)計要求。拖船脫離母航天器后，處于自由飄飛狀態(tài)，接近目標(biāo)飛行器。
[0038]2)軌道拖船衛(wèi)星錨定機構(gòu)與緩沖機構(gòu)的設(shè)計
[0039]錨定機構(gòu)包括錨鉤、拋射器、錨鉤的后端連接件和繩索放置包裝盒，其中錨鉤中安裝釋放解鎖裝置，當(dāng)錨鉤插進目標(biāo)星后，釋放解鎖裝置啟動，錨定展開固定住目標(biāo)星，錨定機構(gòu)如圖4所示。錨定機構(gòu)位于拖船頂板上中心位置，錨定機構(gòu)作用是在拖船靠近目標(biāo)航天器一定范圍內(nèi)時，發(fā)射錨定機構(gòu)，穿透目標(biāo)航天器艙板并張開與目標(biāo)航天器結(jié)合為一個組合體。
[0040]緩沖機構(gòu)分為緩沖器，緩沖器內(nèi)裝有鋁蜂窩材料，通過壓縮變形吸收沖擊能量，實現(xiàn)緩沖。緩沖機構(gòu)對稱安裝于拖船頂板，共四組緩沖器，其作用是在拖船與目標(biāo)航天器組合的瞬間，緩沖兩者之間的沖擊力。錨定機構(gòu)與緩沖機構(gòu)示意圖如下圖5所示。
[0041]3)確定衛(wèi)星艙外單機與推力器布局方案
[0042]推進系統(tǒng)采用了 I個表面張力貯箱、8個IN推力機組、自鎖閥和管路等組件。在充分考慮到熱控、安裝、管路焊接等情況下，I個表面張力貯箱安裝在承力筒內(nèi)部。貯箱采用單法蘭剛性連接，貯箱與安裝板之間采用4_玻璃鋼墊片隔熱安裝。
[0043]測控天線分布在衛(wèi)星底板(與主航天器分離面)，分布位置應(yīng)避開推力器羽流，以滿足天線最大視場。位于主航天器分離面的測控天線能更好得接收主航天器發(fā)出的遙控指令。
[0044]4)軌道拖船衛(wèi)星內(nèi)部單機布局設(shè)計
[0045]衛(wèi)星分為8個分系統(tǒng)，包括姿軌控分系統(tǒng)、綜合電子分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)、機構(gòu)分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)和總體電路分系統(tǒng)。艙內(nèi)單機約有14臺，還需要兼顧考慮熱管和電纜的布局。主要的設(shè)計原則如下:
[0046](I)優(yōu)先考慮具有方位、視場或射流張角要求的設(shè)備布局，尤其是要優(yōu)先考慮姿軌控推力器的布局，并充分考慮到推力器的羽流對星上設(shè)備的影響；
[0047](2)各系統(tǒng)盡可能獨立布置，有關(guān)聯(lián)的設(shè)備之間盡可能的靠近，以減少電纜(特別是射頻電纜、大功率電纜和弱信號電纜)損耗并減輕電纜質(zhì)量；
[0048](3)布局應(yīng)盡可能的降低整星質(zhì)心的高度以降低衛(wèi)星的響應(yīng)、盡可能的減少整星偏心量以減少配重；
[0049](4)考慮大功耗設(shè)備的散熱問題，盡可能的使同一個安裝板上的設(shè)備可以通過熱管來保證設(shè)備之間熱量的平衡；
[0050]各分系統(tǒng)單機主要反裝于頂板，或者正裝于底板，拖船內(nèi)部布局示意圖如圖7所
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[0051]5)軌道拖船衛(wèi)星小型化輕量化構(gòu)型與布局設(shè)計
[0052](I)結(jié)構(gòu)輕量化，由圓柱形網(wǎng)狀蒙皮取代艙體側(cè)板，以減輕拖船自身重量，使得拖船整體實現(xiàn)輕量化設(shè)計目標(biāo)。圓柱形網(wǎng)狀蒙皮連接艙體底板和頂板，如圖8所示。拖船整體為圓柱型結(jié)構(gòu)，考慮到與主承力筒結(jié)構(gòu)相互契合，并使得單機布局面積最大，滿足單機布局要求，不需要增加其他隔板和側(cè)板，減少拖船結(jié)構(gòu)部分的重量。
[0053](2)單機小型化，選用了重量輕的精度滿足系統(tǒng)使用的微機械陀螺，相比一套半液浮陀螺，重量優(yōu)化了 2.85kg ;選用綜合電子計算機，充分利用綜合電子技術(shù)，將拖船電單機控制中樞集成設(shè)計；選用燃料電池取代傳統(tǒng)的鋰離子蓄電池組，由于任務(wù)周期短，且附著后可能由于遮擋而使太陽陣對太陽不可見，因此可使用小型化一次性電池，如燃料電池、放射性同位素衰變電池等，提供任務(wù)周期所需的能源。
[0054](3)整星電纜網(wǎng)優(yōu)化布局設(shè)計
[0055]軌道拖船需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局和整體設(shè)計，盡量實現(xiàn)零配重，盡量減少電纜網(wǎng)使用量；在進行整星信息流程和電纜網(wǎng)設(shè)計時，進行了充分的優(yōu)化，軌道拖船由測控數(shù)管分系統(tǒng)進行采集的遙測由以前的雙點雙線狀態(tài)統(tǒng)一為單點單線；采用三維數(shù)字電纜網(wǎng)設(shè)計，減少電纜網(wǎng)使用量；將供電線、遙測線和遙控線彼此分開，減少電纜網(wǎng)轉(zhuǎn)接頭的使用量。
[0056]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟A:根據(jù)總體任務(wù)需求，確定衛(wèi)星的基本構(gòu)型和主要主承力構(gòu)件； 步驟B:設(shè)計錨定機構(gòu)和緩沖機構(gòu)； 步驟C:確定衛(wèi)星艙外單機與推力器布局方案； 步驟D:確定衛(wèi)星艙內(nèi)單機布局方案； 步驟E:根據(jù)輕量化、小型化的設(shè)計要求，對衛(wèi)星的構(gòu)型與布局進行優(yōu)化設(shè)計，具體地:衛(wèi)星整體構(gòu)型為圓柱形，衛(wèi)星的外側(cè)板為鋁蜂窩板結(jié)構(gòu)，外側(cè)板使用碳纖維蒙皮包覆設(shè)計，以減輕衛(wèi)星質(zhì)量，同時對衛(wèi)星剛度的影響也較小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法，其特征在于，在所述步驟A中，具體地:衛(wèi)星基本構(gòu)型為圓柱體型，中心軸線方向安裝承力筒，表面張力貯箱安裝在承力筒內(nèi)部；貯箱采用單法蘭剛性連接，貯箱與安裝板之間采用4_玻璃鋼墊片隔熱安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法，其特征在于，在所述步驟B中，具體地:錨定機構(gòu)包括錨鉤，其中錨鉤中安裝釋放解鎖裝置，當(dāng)錨鉤插進目標(biāo)星后，釋放解鎖裝置啟動，錨定展開固定住目標(biāo)星。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化軌道拖船衛(wèi)星構(gòu)型與布局設(shè)計方法，其特征在于，在所述步驟C中，具體地:衛(wèi)星共配置8個姿控推力器，8個65°轉(zhuǎn)角的斜噴口推力器對稱布置在衛(wèi)星底板；錨定機構(gòu)位于衛(wèi)星頂板上中心位置，四組緩沖機構(gòu)距離中心點750mm，安裝于衛(wèi)星頂板的正負X軸方向和正負Y軸方向。
【文檔編號】B64G1/10GK104290918SQ201410464928
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】楊燕, 崔本杰, 鄧泓, 鄧武東, 賴京 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所