CN101995193B - 一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法 - Google Patents

一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法 Download PDF

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Abstract

一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法，采用冗余备份的方式实现分离电连接器与卫星星体的可靠分离，电脱指令作为主分离方式，芳纶绳强脱作为备份分离方式。运载火箭发射后，在接收到地面发出的电连接器分离指令后，分离电连接器根据电信号自动从微小卫星星体脱落，1.2秒后包带的爆炸螺栓解锁，对接支架底座的分离弹簧将微小卫星顶出运载火箭，对接支架保留在运载火箭上；若分离电连接器电脱没成功，对接支架底座的分离弹簧将微小卫星向飞行方向顶出，同时芳纶绳由松弛状态变为拉伸状态，将分离电连接器沿与飞行方向相反的方向拉出，使分离电连接器分离。本发明方法具有可靠性高、作用时间短、操作简便的特点。

Description

一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法
技术领域
本发明涉及一种星箭分离时电连接器的分离方法。
背景技术
微小卫星一般是指重量小于100公斤的卫星。考虑到发射成本等因素，微小卫星一般采用搭载发射的方式。卫星与运载火箭对接安装时，一般将微小卫星安装在主星的支架内部，因此需要先安装微小卫星，再完成主星与运载火箭的对接。
星箭分离电连接器(又叫脱插)是在发射场对微小卫星进行地面测试的接口，在卫星入轨时，此电连接器必须脱离卫星。由于微小卫星在运载火箭的中间，距离运载火箭端部的跨距较大，因此星箭分离电连接器在发射前很难实现手动脱落。目前，星箭脱插脱落的方案主要是电脱，即在星箭分离前1.2s，运载火箭通过指令将脱落电连接器从星体分离。若出现异常情况，则无法保证星箭脱插的正常脱落。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可靠性高、作用时间短、操作简便的星箭分离电连接器的分离方法。
本发明的技术解决方案是：一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法，步骤如下：
(1)将卫星通过包带及爆炸螺栓组件安装在用于与运载火箭对接的对接支架上，所述对接支架的侧边设有操作口，对接支架的顶部设有分离弹簧；
(2)将分离电连接器安装在卫星本体的底板上，通过操作口将芳纶绳的两端分别系在分离电连接器和对接支架的底座上，芳纶绳保持在松弛状态且芳纶绳的长度比分离电连接器至对接支架底座的距离长2～3mm；
(3)芳纶绳安装完成后将操作口封闭，卫星与支架一体与运载火箭连接；
(4)运载火箭发射，在接收到地面发出的电连接器分离指令后，分离电连接器根据电信号自动从卫星星体脱落，1.2秒后包带的爆炸螺栓解锁，对接支架底座的分离弹簧将卫星顶出运载火箭，对接支架保留在运载火箭上；
(5)若分离电连接器电脱没成功，对接支架底座的分离弹簧将微小卫星向飞行方向顶出，同时芳纶绳由松弛状态变为拉伸状态，将分离电连接器沿与飞行方向相反的方向拉出，使分离电连接器分离。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明利用冗余备份的方式实现脱插与微小卫星的分离，其中在星箭分离前1.2s发出电脱指令，此为主份分离方式；若电脱不成功，在星箭分离时，通过芳纶绳强脱方式将脱插与星体分离，此为备份方式，两种冗余备份的分离方式高可靠的实现了脱插与星体的分离，分离方式简单、可靠、有效；
(2)芳纶绳在地面通过振动试验和强脱试验考核，经试验证明简单、可靠，强脱方案中连接部分采用芳纶绳组件，即便于安装，而且在分离时作用时间短、分离可靠性高。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图；
图2为本发明微小卫星及其对接支架示意图；
图3为本发明对接支架内部结构件连接关系图；
图4为本发明星箭分离面示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明方法的流程框图。首先将微小卫星本体通过包带及爆炸螺栓组件与对接支架相连，连接完成后，通过支架侧边的操作口，在内部用芳纶绳将脱插与底部的支座连接，连接完成后堵上操作口，卫星与支架一体与运载火箭对接。运载发射后，星箭分离前的1.2s通过发出电脱指令，自动将脱插与微小卫星本体分离，即使电脱不成功，在星箭分离时，芳纶绳强拉力将脱插从星体拔掉，两种冗余备份的方式实现了脱插与微小卫星星体的可靠分离。
如图2所示，为微小卫星及其对接支架示意图，图中1为微小卫星本体，2为微小卫星1与运载火箭之间的对接支架，3为包带，201为操作口。微小卫星本体通过包带、爆炸螺栓与对接支架相连，支架底部与运载火箭相连。分离电连接器安装在微小卫星本体的底板上，尾部在对接支架内部，从支架操作口对其进行操作。
如图3所示，为对接支架内部结构件连接关系图，图中202为分离电连接器，203为芳纶绳，204为固定底座，205为星箭对接面。具体操作时，通过操作口在对接支架内部用芳纶绳将分离电连接器与固定底座拉紧连接，拉紧后在芳纶绳上打结做标记，标记完成后松开芳纶绳并将芳纶绳从操作口取出。对取出的芳纶绳，距离标记处4～6mm处再做标记，以保证芳纶绳在支架内部连接时处于松弛状态。
然后再次通过操作口201将新做完标记的芳纶绳连接分离电连接器与固定底座，在新作的标记处打结，这样可以保证芳纶绳的松弛长度是2～3mm。由于芳纶绳较软且细，通过操作口在支架内部较容易操作，方便对芳纶绳的打结操作。
芳纶绳打结、固定操作完成后，将操作口用罩盖上并用螺钉拧紧。对接支架与微小卫星之间通过包带连接固定。微小卫星与对接支架一体通过星箭对接面与运载火箭对接，微小卫星与运载火箭对接完成后，主星与整流罩的星罩组合体与运载火箭对接，主星与运载火箭对接完成后，对微小卫星则不能再进行任何的手动操作。
如图4所示，为星箭分离面示意图，图中4为分离弹簧。运载火箭发射后飞行时序的1200多秒后，地面发出脱插分离指令。此时，正常情况下，分离电连接器自动从微小卫星星体脱离，掉落在对接支架内部。在脱插分离指令发出后的1.2s，包带的爆炸螺栓解锁，对接支架内部的分离弹簧的顶杆将微小卫星顶出运载火箭，而对接支架保留在运载火箭上。若分离电连接器电脱没成功，此时芳纶绳将分离电连接器拉住，在极短的时间内将分离电连接器从微小卫星上脱落，分离电连接器被保留在对接支架内部，与运载火箭一同坠入大气层销毁。
由于芳纶绳需要在极短的时间承受较大的力(一般达到150N左右)，因此需要芳纶绳满足一定的强度要求，通常的降落伞伞绳即可满足要求。钢丝绳也能满足强度要求，但是相对芳纶绳硬度较大，操作相对困难。
下面给出拉伸试验台中两种绳索材料的强度拉伸性能试验数据，试验条件为，芳纶绳通过两端夹头处的小孔内穿过后在中间打死结，试验时两端分别向两侧拉，直到芳纶绳拉伸破坏为止，芳纶绳为常规降落伞伞绳。试验测试结果如下。
芳纶绳共做了三根试件(1、2、3)，结果如表1所示：
表1  芳纶绳试验结果
Figure BSA00000257634000041
钢丝绳一根试件共做了三次，结果如表2所示：
表2  钢丝绳试验结果
  次数   插头拔出载荷(N)   绳索质量
  1   55   完好  但孔边有压的印迹
  2   56   完好  但孔边有压的印迹
  3   53   完好  但孔边有压的印迹
芳纶绳与钢丝绳方案的比较见下表3所示。
表3  两种强脱方案比较
Figure BSA00000257634000051
因此可以看出，选择芳纶绳用于星箭分离电连接器的强脱分离比钢丝绳有着明显的优势。
本发明方法为星箭分离故障模式的脱落电连接器分离提供了一种设计思路，对于其它型号的脱插分离方式设计具有一定的借鉴作用。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种冗余备份的星箭分离电连接器分离方法，其特征在于步骤如下：
(1)将卫星通过包带及爆炸螺栓组件安装在用于与运载火箭对接的对接支架上，所述对接支架的侧边设有操作口，对接支架的顶部设有分离弹簧；
(2)将分离电连接器安装在卫星本体的底板上，通过操作口将芳纶绳的两端分别系在分离电连接器和对接支架的底座上，芳纶绳保持在松弛状态且芳纶绳的长度比分离电连接器至对接支架底座的距离长2～3mm；
(3)芳纶绳安装完成后将操作口封闭，卫星与支架一体与运载火箭连接；
(4)运载火箭发射，在接收到地面发出的电连接器分离指令后，分离电连接器根据电信号自动从卫星星体脱落，1.2秒后包带的爆炸螺栓解锁，对接支架底座的分离弹簧将卫星顶出运载火箭，对接支架保留在运载火箭上；
(5)若分离电连接器电脱没成功，对接支架底座的分离弹簧将微小卫星向飞行方向顶出，同时芳纶绳由松弛状态变为拉伸状态，将分离电连接器沿与飞行方向相反的方向拉出，使分离电连接器分离。
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