CN102359779B - 空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，在光学遥感相机与卫星安装的安装脚处设置一个固支连接点，其他连接点根据该点相对固支点连线方向设置薄片式柔性铰链结构，从而形成遥感相机相对于卫星安装板的准静定支撑方式，实现相机对卫星安装板的变形卸载，同时薄片式柔性铰链在薄片的面内方向具有较高的结构刚度。本发明有效地减小相机结构与卫星大底板热变形的耦合作用，同时又能够为相机提供足够的整体支撑刚度，解决了卫星底板的热变形影响空间遥感相机成像质量的问题，进而保证了空间遥感相机入轨后的成像质量及稳定性。同时该方法结构设计简单、构型紧凑、连接环节少、具有较高的可靠性。

Description

空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置
技术领域
本发明涉及一种高稳定性自由度释放装置，特别是涉及空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置。 
背景技术
目前相机三点静定支撑卸载装星技术利用三点支撑，通过分配自由度实现静定支撑，能够实现相机与卫星结构的卸载安装，但该结构支撑刚度较差，很难满足相机装星的刚度要求，往往需要增加辅助支撑方式提高刚度，在轨通过解锁机构解除多余的自由度约束，可靠性低，结构重量较重，文章“国外高分辨率相机与卫星平台连接方式综述”，《航天返回与遥感》，第30卷，第4期，36-41页，是与本申请最接近的现有技术。 
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，该装置将分布在不同位置的柔性支撑机构分别布置了不同方向的柔性片，不同分布位置确定了不同的最佳自由度释放方向，同时提供其他方向良好的支撑刚度，可以有效的卸载卫星大底板由于温度变化而产生的热变形载荷。 
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的： 
空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，包括四个柔性支撑机构A、B、C、D，所述四个柔性支撑机构A、B、C、D均包括上底板、下底板和位于上底板与下底板之间，且垂直于上底板与下底板的柔性片，其中空间遥感相机分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板固定连接，卫星分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D的下底板固定连接，且固定连接完成后，满足其中一个柔性支撑机构A相对于空间遥感相机与卫星位置固定且不发生位移，另外三个柔性支撑机构B、C、D的柔性片分别垂直于所述三个柔性支撑机构B、C、D与柔性支撑机构A的连接线AB、AC、AD，使得三个柔性支撑机构B、 C、D可以分别沿着所述连接线AB、AC、AD发生位移。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，柔性支撑机构A的柔性片由两片互相垂直的柔性片组成。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，三个柔性支撑机构B、C、D的结构相同，柔性片均由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边平行的柔性片组成。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，两个柔性支撑机构B、C的结构相同，柔性片均由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边平行的柔性片组成；柔性支撑机构D的柔性片由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边呈一定角度的柔性片组成，所述角度不等于90°。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板各开有四个相机安装孔，空间遥感相机通过所述相机安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，四个柔性支撑机构A、B、C、D的下底板四个角上各开有一个卫星安装孔，卫星通过所述卫星安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板中心位置各开有一个辅助安装孔，下底板中心位置各开有一个卫星安装孔，卫星借助所述辅助安装孔、并通过所述卫星安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接，且所述下底板中心位置的卫星安装孔将四个柔性支撑机构A、B、C、D中经过所述卫星安装孔的柔性片隔断。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，四个柔性支撑机构A、B、C、D的材料为钛合金或铝合金。 
在上述空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置中，柔性片的高 度为10mm～40mm，厚度为0.5mm～3mm。 
本发明与现有技术相比的有益效果如下： 
(1)本发明多角度自由度释放装星装置采用四个柔性支撑机构，通过对四个柔性支撑机构巧妙的结构设计，使得其中一个柔性支撑机构作为固支点，另外三个柔性支撑机构可以沿与固支点处柔性支撑机构方向释放自由度，从而在满足良好支撑刚度的情况下，可以有效的卸载卫星大底板由于温度变化而产生的热变形载荷，大大提高了可靠性； 
(2)本发明装星装置有效地减小相机结构与卫星大底板热变形的耦合作用，同时又能够为相机提供足够的整体支撑刚度，解决了卫星底板的热变形影响空间遥感相机成像质量的问题，进而保证了空间遥感相机入轨后的成像质量及稳定性； 
(3)本发明多角度自由度释放装星装置对四个柔性支撑机构的柔性片进行了不同的设计，使得分布在不同位置的柔性支撑结构分别布置了不同方向的柔性片，充分考虑到多角度自由度释放的方向，且柔性片的设计可以在满足自由度释放的基础上，采用多种结构设计方案，具有较强的灵活性和实用性； 
(4)本发明装星装置中柔性片的高度选择10mm～40mm，厚度选择0.5mm～3mm，且柔性片的数量、高度以及厚度可以根据空间遥感相机的情况适当调节，以保证空间遥感相机具有足够的刚度，同时使基频满足总体要求； 
(5)本发明装星装置中的柔性支撑机构由钛合金或铝合金制备而成，与相机或卫星的接触面小，结构设计简单、构型紧凑、连接环节少、重量轻，具有良好的加工性和较高的可靠性； 
(6)本发明装星装置中的柔性支撑机构为一体化结构设计，结构刚度强、可靠性高，具有适应各类型大型载荷卸载的特点。 
附图说明
图1为本发明四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装位置示意图； 
图2为本发明第一种柔性支撑机构A的结构示意图； 
图3A为第一种柔性支撑机构A的剖面图(柔性片被卫星安装孔隔断)； 
图3B为第一种柔性支撑机构A的剖面图(柔性片未被卫星安装孔隔断)； 
图4为本发明第二种柔性支撑机构B、C、D或B、C的结构示意图； 
图5A为第二种柔性支撑机构B、C、D或B、C的剖面图(柔性片被卫星安装孔隔断)； 
图5B为第二种柔性支撑机构B、C、D或B、C的剖面图(柔性片未被卫星安装孔隔断)； 
图6为本发明第三种柔性支撑机构D的结构示意图； 
图7A为第三种柔性支撑机构D的剖面图(柔性片被卫星安装孔隔断)； 
图7B为第三种柔性支撑机构D的剖面图(柔性片未被卫星安装孔隔断)； 
图8为实施例1中四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装原理图； 
图9为实施例2中四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装原理图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述： 
本发明在光学遥感相机与卫星安装的安装脚处设置一个固支连接点，其他连接点根据该点相对固支点连线方向设置薄片式柔性铰链结构，从而形成遥感相机相对于卫星安装板的准静定支撑方式，实现相机对卫星安装板的变形卸载，同时薄片式柔性铰链在薄片的面内方向具有较高的结构刚度。 
实施例1 
如图1所示为本发明四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装位置示意图，图中装星装置包括四个柔性支撑机构A、B、C、D，其中柔性支撑机构A的结构如图2所示，柔性支撑机构B、C的结构相同如图4所示，柔性支撑机构D的结构如图6所示，四个柔性支撑机构A、B、C、D均采用钛合金或铝合金材料制备而成。 
如图2和图3A所示，柔性支撑机构A由上底板101、下底板102和柔性片组成，其中柔性片由两片互相垂直的柔性片103组成，柔性片103位于上底 板101与下底板102之间，且垂直于上底板101与下底板102，柔性片103分别与上、下底板的边成45度夹角。上底板101上开有四个相机安装孔104，通过安装孔104实现柔性支撑机构A与空间遥感相机的固定连接，此外上底板101的中心位置还开有一个辅助安装孔105。下底板102的中心位置开有一个卫星安装孔107，卫星安装孔107将两片柔性片103隔断，如图3A所示，柔性支撑机构A通过辅助安装孔105与卫星安装孔107实现与卫星的固定连接，连接时螺钉穿过辅助安装孔105，通过卫星安装孔107与卫星固定。 
此外也可以在下底板102的四个角上开设四个卫星安装孔106，实现柔性支撑机构A与卫星的固定连接，如图3B所示，此时两片互相垂直的柔性片103将不会被隔断，且上底板101中心位置也不需要开设辅助安装孔。 
如图4与图5A所示，柔性支撑机构B、C的结构相同，由上底板201、下底板202和柔性片组成，其中柔性片由三片等间距、互相平行且与上底板201和下底板202的一条边平行的柔性片203组成，柔性片203位于上底板201与下底板202之间，且垂直于上底板201与下底板202，上底板201上开有四个相机安装孔204，通过安装孔204实现柔性支撑机构B、C与空间遥感相机的固定连接，此外上底板201的中心位置还开有一个辅助安装孔205。下底板202的中心位置开有一个卫星安装孔207，卫星安装孔207将中间位置的一个柔性片203隔断，如图5A所示，柔性支撑机构B、C通过辅助安装孔205与卫星安装孔207实现与卫星的固定连接，连接时螺钉穿过辅助安装孔205，通过卫星安装孔207与卫星固定。 
此外也可以在下底板202的四个角上开设四个卫星安装孔206，实现柔性支撑机构B、C与卫星的固定连接，如图5B所示，此时中间位置的一个柔性片203将不会被隔断，且上底板201中心位置也不需要开设辅助安装孔。 
如图6与图7A所示，柔性支撑机构D由上底板301、下底板302和柔性片组成，其中柔性片由三片等间距、互相平行且与上底板301和下底板302的一条边呈一定角度(该角度不等于90°)的柔性片303组成，柔性片303位 于上底板301与下底板302之间，且垂直于上底板301与下底板302，上底板301上开有四个相机安装孔304，通过安装孔304实现柔性支撑机构D与空间遥感相机的固定连接，此外上底板301的中心位置还开有一个辅助安装孔305。下底板302的中心位置开有一个卫星安装孔307，卫星安装孔307将中间位置的一个柔性片303隔断，如图7A所示，柔性支撑机构D通过辅助安装孔305与卫星安装孔307实现与卫星的固定连接，连接时螺钉穿过辅助安装孔305，通过卫星安装孔307与卫星固定。 
此外也可以在下底板302的四个角上开设四个卫星安装孔306，实现柔性支撑机构D与卫星的固定连接，如图7B所示，此时中间位置的一个柔性片303将不会被隔断，且上底板301中心位置也不需要开设辅助安装孔。 
本实施例中四个柔性支撑机构A、B、C、D均为一体化设计而成，结构刚度强，柔性片103、203、303的高度为10～40mm，厚度为0.5～3mm。 
如图8所示为实施例1中四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装原理图，由图可知实际安装时，柔性支撑机构A相对于空间遥感相机与卫星位置固定且不发生位移，为一固支点(柔性片103的安装位置没有要求)，柔性支撑机构B的柔性片203垂直于柔性支撑机构B与柔性支撑机构A的连接线AB，保证柔性支撑机构B在安装平面内沿A点与B点连线方向可以发生位移、释放自由度。柔性支撑机构C的柔性片203垂直于柔性支撑机构C与柔性支撑机构A的连接线AC，保证柔性支撑机构C在安装平面内沿A点与C点连线方向发生位移、释放自由度。柔性支撑机构D的柔性片303垂直于柔性支撑机构D与柔性支撑机构A的连接线AD，保证柔性支撑机构D在安装平面内沿A点与D点连线方向发生位移、释放自由度。 
实施例2 
如图1所示为本发明四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装位置示意图，本实施例中装星装置包括四个柔性支撑机构A、B、C、D，其中柔性支撑机构A的结构如图2所示，柔性支撑机构B、C、D的结构相同如图4所示，四个 柔性支撑机构A、B、C、D均采用钛合金或铝合金材料制备而成。 
四个柔性支撑机构A、B、C、D的结构如实施例1中的描述。本实施例中四个柔性支撑机构A、B、C、D均为一体化设计而成，结构刚度强，柔性片103、203的高度为10～40mm，厚度为0.5～3mm。 
如图9所示为实施例2中四个柔性支撑机构与相机和卫星的安装原理图，由图可知实际安装时，柔性支撑机构A相对于空间遥感相机与卫星位置固定且不发生位移，为一固支点(柔性片103的安装位置没有要求)，柔性支撑机构B的柔性片203垂直于柔性支撑机构B与柔性支撑机构A的连接线AB，保证柔性支撑机构B在安装平面内沿A点与B点连线方向可以发生位移、释放自由度。柔性支撑机构C的柔性片203垂直于柔性支撑机构C与柔性支撑机构A的连接线AC，保证柔性支撑机构C在安装平面内沿A点与C点连线方向发生位移、释放自由度。柔性支撑机构D的柔性片203垂直于柔性支撑机构D与柔性支撑机构A的连接线AD，保证柔性支撑机构D在安装平面内沿A点与D点连线方向发生位移、释放自由度。 
以上仅为本发明的技术方案的2个实施例，本发明的四个柔性支撑机构的结构也并不局限于实施例中给出的三种结构，可以满足其中一个柔性支撑机构A相对于相机与卫星固定不发生位移，其余三个柔性支撑机构可以在与柔性支撑机构A的连接线上释放自由度的任何结构设计的柔性支撑机构均在本发明的保护范围内。 
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。 

Claims (9)

1.空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于包括四个柔性支撑机构A、B、C、D，所述四个柔性支撑机构A、B、C、D均包括上底板、下底板和位于上底板与下底板之间，且垂直于上底板与下底板的柔性片，其中空间遥感相机分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板固定连接，卫星分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D的下底板固定连接，且固定连接完成后，满足其中一个柔性支撑机构A相对于空间遥感相机与卫星位置固定且不发生位移，另外三个柔性支撑机构B、C、D的柔性片分别垂直于所述三个柔性支撑机构B、C、D与柔性支撑机构A的连接线AB、AC、AD，使得三个柔性支撑机构B、C、D可以分别沿着所述连接线AB、AC、AD发生位移。
2.根据权利要求1所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述柔性支撑机构A的柔性片由两片互相垂直的柔性片(103)组成。
3.根据权利要求1所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述三个柔性支撑机构B、C、D的结构相同，柔性片均由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边平行的柔性片(203)组成。
4.根据权利要求1所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述两个柔性支撑机构B、C的结构相同，柔性片均由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边平行的柔性片(203)组成；柔性支撑机构D的柔性片由三片等间距、互相平行且与上底板和下底板的一条边呈一定角度的柔性片(303)组成，所述角度不等于90°。
5.根据权利要求1所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板各开有四个相机安装孔，空间遥感相机通过所述相机安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接。
6.根据权利要求1所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述四个柔性支撑机构A、B、C、D的下底板四个角上各开有一个卫星安装孔，卫星通过所述卫星安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接。
7.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述四个柔性支撑机构A、B、C、D的上底板中心位置各开有一个辅助安装孔，下底板中心位置各开有一个卫星安装孔，卫星借助所述辅助安装孔、并通过所述卫星安装孔分别与四个柔性支撑机构A、B、C、D固定连接，且所述下底板中心位置的卫星安装孔将四个柔性支撑机构A、B、C、D中经过所述卫星安装孔的柔性片隔断。
8.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述四个柔性支撑机构A、B、C、D的材料为钛合金或铝合金。
9.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空间遥感相机高稳定性多角度自由度释放装星装置，其特征在于：所述柔性片的高度为10mm～40mm，厚度为0.5mm～3mm。
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