本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，特別是一種椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)。

背景技術(shù)：

第一顆衛(wèi)星發(fā)射至今，衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)技術(shù)演變可以劃分為三個(gè)階段：(1)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；(2)多任務(wù)公用平臺(tái)設(shè)計(jì)方法；(3)標(biāo)準(zhǔn)化模塊化設(shè)計(jì)方法；

(1)第一階段：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

當(dāng)空間飛行任務(wù)要求和約束條件確定后，衛(wèi)星的電源、姿態(tài)確定與控制、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)、熱控、通信、指令與數(shù)據(jù)處理、載荷等分系統(tǒng)都需要分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后經(jīng)總體匯總疊加起來。每顆衛(wèi)星都需要重復(fù)上述過程。這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是衛(wèi)星能夠很好滿足所承擔(dān)的任務(wù)。缺點(diǎn)是衛(wèi)星研制成本很高，研制周期很長。

(2)第二階段：公用平臺(tái)設(shè)計(jì)方法

該方法是指設(shè)計(jì)一種公用衛(wèi)星平臺(tái)和產(chǎn)品體系來實(shí)現(xiàn)多種有效載荷的集成。根據(jù)不同空間飛行任務(wù)需求和約束條件，在公用平臺(tái)已有技術(shù)和產(chǎn)品體系的基礎(chǔ)上，對(duì)衛(wèi)星相關(guān)分系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，洛克希德-馬丁公司宣稱，接收到訂單后可以使用其A2100系列平臺(tái)在18個(gè)月內(nèi)交付衛(wèi)星。但是，隨著衛(wèi)星應(yīng)用市場繁榮和領(lǐng)域擴(kuò)展，衛(wèi)星種類和數(shù)量快速增加，用戶對(duì)衛(wèi)星成本和研制進(jìn)度的苛求使得公用平臺(tái)設(shè)計(jì)方法的局限性日益凸顯。

(3)第三個(gè)階段：模塊化快速響應(yīng)設(shè)計(jì)方法

模塊化快速響應(yīng)設(shè)計(jì)方法就是要通過一系列的軟硬件標(biāo)準(zhǔn)，將傳統(tǒng)的整體式衛(wèi)星分解成為以統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的功能模塊，以減少衛(wèi)星集成和測試操作，縮短研制周期，降低成本。美國DARPA提出了ORS(作戰(zhàn)及時(shí)響應(yīng)空間)概念和空間即插即用電子設(shè)備體系結(jié)構(gòu)(SPA:Space Plug and play Avionics)。目前，國外正在開展基于細(xì)胞星構(gòu)建新型空間系統(tǒng)的研究，如美國DARPA的“鳳凰計(jì)劃”，德國DLR的“iBOSS”項(xiàng)目，英國Surrey的AAReST項(xiàng)目。目前，國內(nèi)未見類似項(xiàng)目研究的報(bào)道。這方面工作，美國一直處于領(lǐng)先地位。而中國在這個(gè)方面的工作還尚處于起步階段，還沒有相關(guān)產(chǎn)品的公開報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，包括：平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)模塊和載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊，所述平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)模塊包括椎柱模塊、姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊，所述椎柱模塊包括信息處理機(jī)、高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電源和標(biāo)準(zhǔn)接口；所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊以及載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口與所述椎柱模塊固定連接和信息交流處理，所述椎柱模塊內(nèi)的電源向所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊供電。

進(jìn)一步的，所述載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊為SAR平板天線、輻射計(jì)、可見光相機(jī)、紅外相機(jī)、高光譜相機(jī)或AIS/ADS模塊的一種或幾種。

進(jìn)一步的，所述椎柱模塊為1個(gè)或多個(gè)，多個(gè)椎柱模塊通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口固定連接和信息交流處理；所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口固定連接在多個(gè)固定連接的椎柱模塊。

進(jìn)一步的，所述標(biāo)準(zhǔn)接口包括多個(gè)并聯(lián)的高速標(biāo)準(zhǔn)接口和多個(gè)并聯(lián)的低速標(biāo)準(zhǔn)接口，所述信息處理機(jī)與高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為可逆電連接；每個(gè)高速標(biāo)準(zhǔn)接口可逆串聯(lián)對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理器后與所述高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可逆電連接；每個(gè)低速標(biāo)準(zhǔn)接口通過集線器與所述高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可逆電連接。

進(jìn)一步的，通過天線高速發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的發(fā)射/接收機(jī)與所述高速標(biāo)準(zhǔn)接口連接，衛(wèi)星平臺(tái)測量控制模塊與所述低速標(biāo)準(zhǔn)接口連接。

進(jìn)一步的，所述高速標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)字信號(hào)傳輸速度為400M-3G/s，所述低速標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)字信號(hào)傳輸速度為1M-100M/s。

進(jìn)一步的，所述通過天線高速發(fā)射、接收的數(shù)據(jù)包括用戶鏈路中的數(shù)據(jù)和/或數(shù)傳鏈路中的數(shù)據(jù)和/或測控鏈路中的數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述衛(wèi)星平臺(tái)測量控制模塊包括通過測量裝置所測量的衛(wèi)星姿態(tài)信息以控制衛(wèi)星姿態(tài)的衛(wèi)星姿態(tài)測量控制模塊、通過測量蓄電池電壓控制蓄電池充放電的蓄電池充放電測量控制模塊和通過溫度傳感器測量模塊溫度以控制模塊的模塊加熱裝置以調(diào)節(jié)模塊溫度的溫度測量控制模塊。

進(jìn)一步的，所述椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)包括多個(gè)椎柱模塊和多個(gè)太陽帆板模塊，所述多個(gè)椎柱模塊通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口固定連接，所述多個(gè)太陽帆板模塊通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口與多個(gè)固定連接的椎柱模塊固定連接；每個(gè)椎柱模塊內(nèi)設(shè)置有子能源管理器、蓄電池組和配電器，所述子能源管理器控制蓄電池組的充放電，所述蓄電池組通過配電器向所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊供電；每個(gè)太陽帆板模塊設(shè)置有控制盒，所述控制盒內(nèi)設(shè)置有總能源控制器和分流調(diào)節(jié)器，所述多個(gè)太陽帆板模塊中的某一個(gè)總能源控制器作為主要總能源控制器，所有子能源管理器通過所述主要總能源控制器的控制，控制對(duì)應(yīng)蓄電池組的充放電量，其余總能源控制器作為備用總能源控制器。

進(jìn)一步的，所述椎柱模塊內(nèi)的配電器向所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊提供一次電源，所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊所需的二次電源由所述姿軌控模塊、通信模塊、太陽帆板模塊和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊內(nèi)部的DC/DC模塊變換產(chǎn)生。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)模塊和載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊都具有標(biāo)準(zhǔn)接口，在進(jìn)行空間任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過選擇和配置各種模塊進(jìn)行衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足了系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)的要求；

(2)本發(fā)明的椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)布局保證模塊均布置在星表，模塊接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，滿足總裝集成的方便性和快速性要求；

(3)本發(fā)明的椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，采用交換式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模塊的即插即用，滿足集成和測試的簡便性要求；

(4)本發(fā)明的椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，采用分布式并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，滿足平臺(tái)可擴(kuò)展性要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)信息交流架構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)分布式能源流架構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-4所示，一種椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)，包括：平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)模塊和載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5，所述平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)模塊包括椎柱模塊1、姿軌控模塊2、通信模塊3、多個(gè)太陽帆板模塊4；所述椎柱模塊1具有星上處理與控制、信息交換、電源、結(jié)構(gòu)支撐和標(biāo)準(zhǔn)接口的功能，所述椎柱模塊系列包括多種尺寸的模塊，但是每種椎柱模塊內(nèi)部的組成和功能基本一致；所述姿軌控模塊2由多種類型模塊組成，具有姿態(tài)測量、姿態(tài)軌道控制、GNSS接收機(jī)、推進(jìn)的功能；所述通信模塊3由多種類模塊組成，具有測控通信、星間鏈路、中繼通信的功能；所述太陽帆板模塊4由多種太陽帆板尺寸的模塊組成，具有發(fā)電、功率調(diào)節(jié)、帆板驅(qū)動(dòng)、分布式能源管理的功能；所述載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5為SAR平板天線、輻射計(jì)、可見光相機(jī)、紅外相機(jī)、高光譜相機(jī)和AIS/ADS模塊的一種或多種；多個(gè)椎柱模塊1通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口6固定連接和信息交流處理，多個(gè)固定連接的椎柱模塊是所述椎柱式模塊化衛(wèi)星平臺(tái)架構(gòu)的機(jī)械支撐模塊和平臺(tái)信息流中樞，所述椎柱模塊1包括信息處理機(jī)、高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電源和標(biāo)準(zhǔn)接口6；所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5通過所述標(biāo)準(zhǔn)接口6固定連接在多個(gè)固定連接的椎柱模塊并進(jìn)行信息交流處理，所述標(biāo)準(zhǔn)接口6包括多個(gè)并聯(lián)的高速標(biāo)準(zhǔn)接口和多個(gè)并聯(lián)的低速標(biāo)準(zhǔn)接口，所述高速標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)字信號(hào)傳輸速度為400M-3G/s，所述高速標(biāo)準(zhǔn)接口的主要作用是中頻信號(hào)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換，所述低速標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)字信號(hào)傳輸速度為1M-100M/s；所述信息處理機(jī)與高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為可逆電連接；每個(gè)高速標(biāo)準(zhǔn)接口可逆串聯(lián)對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理器后與所述高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可逆電連接；每個(gè)低速標(biāo)準(zhǔn)接口通過集線器與所述高速網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可逆電連接；通過天線高速發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的發(fā)射/接收機(jī)與所述高速標(biāo)準(zhǔn)接口連接，衛(wèi)星姿態(tài)測量控制模塊、充放電測量控制模塊和溫度測量控制模塊與所述低速標(biāo)準(zhǔn)接口連接，所述衛(wèi)星姿態(tài)測量控制模塊通過太陽敏感器、星敏感器和陀螺測量的衛(wèi)星姿態(tài)信息控制衛(wèi)星的磁力矩器和動(dòng)量輪以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)；所述蓄電池充放電測量控制模塊測量蓄電池電壓、一次電源母線控制蓄電池的充放電；所述溫度測量控制模塊通過溫度傳感器測量模塊自身的溫度，控制每個(gè)模塊的加熱片加熱，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊的溫度調(diào)節(jié)；用于星上與用戶終端數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩翩溌返臄?shù)據(jù)、用于衛(wèi)星與地面數(shù)傳站數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)傳鏈路的數(shù)據(jù)和地面測控站與衛(wèi)星的測控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)臏y控鏈路的數(shù)據(jù)分別通過不同的發(fā)射/接收機(jī)與不同的高速標(biāo)準(zhǔn)接口連接；所述椎柱模塊1內(nèi)的電源向所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5供電，平臺(tái)能源流采用分布式架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)椎柱模塊1內(nèi)設(shè)置有子能源管理器、蓄電池組和配電器，所述子能源管理器控制蓄電池組的充放電，所述蓄電池組通過配電器向所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5供電；每個(gè)太陽帆板模塊4設(shè)置有控制盒，所述控制盒內(nèi)設(shè)置有總能源控制器和分流調(diào)節(jié)器，所述多個(gè)太陽帆板模塊4中的總能源控制器1作為主要總能源控制器，所有子能源管理器通過所述主要總能源控制器的控制，控制對(duì)應(yīng)蓄電池組的充放電量，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，其余總能源控制器作為備用總能源控制器，當(dāng)總能源控制器1發(fā)生故障時(shí)，備用總能源控制器中的一個(gè)作為總能源控制器，所述椎柱模塊1內(nèi)的配電器向所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5提供一次電源，所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5所需的二次電源由所述姿軌控模塊2、通信模塊3、太陽帆板模塊4和/或載荷標(biāo)準(zhǔn)模塊5內(nèi)部的DC/DC模塊變換產(chǎn)生。

本發(fā)明說明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。