CN103303494A - 具有自搭载发射功能的新型纳卫星结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天领域的卫星结构，特别涉及一种具有自搭载发射功能的纳型卫星结构。解决了现有纳卫星发射均需设计单独搭载发射系统，无法提高其利用率的问题，其技术方案是构建一种新型结构，包括卫星结构框架，卫星外部蒙板，微分离部件，卫星平台设备部件，卫星有效载荷。卫星平台设备部件及卫星有效载荷安装在卫星结构框架和卫星外部蒙板上，微分离部件将纳卫星连接固定到所搭载主星上，所搭载主星分离面蒙板的上、下表面分别安装L型定位块和拔销式螺栓对纳卫星进行连接固定，进入预定轨道后，拔销式螺栓内部拔销器移除固定销，释放纳卫星。该发明具有通用性，只需将微分离部件按本发明所述安装到所搭载主星上，即可完成纳卫星的搭载发射。

Description

具有自搭载发射功能的新型纳卫星结构

技术领域

本发明涉及航天应用领域的一种卫星结构，特别涉及一种具有自搭载发射功能的纳型卫星结构。

背景技术

纳卫星其中的一种搭载方式是搭载大卫星发射，进入预定轨道后在轨释放。目前国内外的纳卫星结构主要采用以下四种形式：整体式，箱板式，外壳式，宜家式。整体式结构优点是强度大，质量轻，导热导电性好；缺点是加工困难，成本高，设计灵活性差，结构设计需要修改时则要重新加工。箱板式结构优点是安装拆卸简单，便于维护内部部件，交叉杆件能够增强结构刚度；缺点是结构复杂，具有冗余的横杆，质量较大。外壳式结构优点是内部系统维护方便；缺点是结构质量较大，加工困难，加工误差较大，强度较差。宜家结构优点是加工简单，成本较低；缺点是安装误差较大，由于接口数量多，质量较大，强度较差。

以上的纳卫星结构设计中并未将搭载分离结合考虑，均需要设计单独的搭载发射系统，增加了纳卫星的质量和发射成本，没有充分利用结构的横梁、面板等部件，空间效率低，导致卫星可安装部件有限，限制了卫星功能。

发明内容

现有纳卫星结构均无法兼具结构加工灵活，空间利用率高，质量轻，强度大等优点，本发明旨在设计一种具有自搭载发射功能，加工灵活，易于修改，空间效率高且质量轻，强度大的新型纳卫星结构。

本发明解决的技术问题是：设计一种便于搭载分离的纳型卫星结构，实现了将纳卫星的搭载分离机构与结构结合设计的方案，无需单独设计搭载发射系统，有效减轻系统质量，降低发射成本；克服了由于卫星平台设备部件安装要求变化对卫星结构设计造成耦合的难题，提高了卫星加工及修改的灵活性；克服了纳卫星质量对卫星空间的限制，合理利用结构部件，提高了结构的空间利用率，使纳卫星结构内部布局紧凑灵活，部件安装拆卸方便。

本发明的技术方案是：构建一种具有自搭载发射功能的新型纳卫星结构。包括：卫星结构框架，卫星外部蒙板，微分离部件，卫星平台设备部件，卫星有效载荷。所述卫星平台设备部件及有效载荷安装在卫星结构框架和蒙板上，所述微分离部件用来将纳卫星连接固定到所搭载主星上，并且在进入预定轨道后将纳卫星释放。

本发明的进一步技术方案是：纳卫星采用模块化设计，利用微机电技术，将所述卫星平台设备部件集成到四个功能板上，分别是星载计算机板，通信板，姿态控制板以及电源板，各个功能板上装载有实现其对应功能的组件。

本发明的进一步技术方案是：所述卫星结构框架设计成对称式，上顶面包括四根横梁，其中两根对称的横梁上各有两个连接件，一根横梁上设计有一个突出的安装面，上顶面采用一体化加工，所述下底面包括四根横梁、与上顶面对应的两根对称横梁上各有两个连接件，装有连接件的其中一根横梁上有一个突出的安装面，下底面还有两根X型连接杆件，下底面同样采用一体化工，上顶面和下底面与四根侧棱均通过螺纹连接，八个连接件固定卫星平台部件的四个功能板，两个突出面安装星间通信天线。

本发明的进一步技术方案是：所述卫星外部蒙板通过螺钉安装到所述卫星结构框架的各个面上，卫星外部蒙板的主要作用是保护内部仪器，其外表面用于安装太阳能电池板，内表面用于安装所述有效载荷微推进和相机。

本发明的进一步技术方案是：微分离部件包括四个L型定位块和拔销式螺栓，四个L型定位块固定到所搭载主星分离面蒙板的上表面，与结构框架上四个侧棱相配合对纳卫星定位，将L型定位块和配合部分的侧棱设计成楔形，倾斜角度为2°，拔销式螺栓固定在所搭载主星分离面蒙板的下表面，通过纳卫星结构框底面的螺纹孔伸出，拧上螺母，将纳卫星与所搭载主星连接固定。

本方案的进一步技术方案是：卫星结构框架以及卫星外部蒙板均采用1460铝-锂合金新型材料。

发明效果

本发明的技术效果在于：设计一种具有自搭载发射功能的新型纳卫星结构，通过在纳卫星所搭载主星分离面蒙板的上、下表面分别安装L型定位块和拔销式螺栓对纳卫星进行连接固定，然后在进入预定轨道后，拔销式螺栓内部的拔销器移除固定销，即可实现在轨释放。本发明具有通用性，只需将所述纳卫星结构中的微分离部件按上述方案安装到满足搭载纳卫星条件轨道的主星上，纳卫星就可完成自身的搭载与在轨发射。本发明卫星结构框架分成三个部分加工，通过螺栓连接到一起，安装拆卸灵活，如因不可避免因素需要修改结构框架，只需针对所需修改部分进行重新加工即可，降低了加工和修改的复杂度。本发明针对卫星的平台设备部件和有效载荷进行了合理布局，尽可能多的利用卫星结构框架和卫星外部蒙板上的空间来安装上述功能部件，极大提高了纳卫星的结构效率和空间效率，其中结构效率为：21%，空间效率为：500kg/m3。

附图说明

图1为本发明卫星结构框架图

图2为本发明卫星外部蒙板图

图3为本发明加载卫星设备的结构图

图4为本发明微分离部件L型定位块

图5为本发明微分离部件拔销式螺栓

图6为本发明微分离部件安装到搭载卫星蒙板和纳卫星上的结构图

附图标记说明：1-卫星结构框架；2-上顶面；3-侧棱；4-下底面；5-功能板连接件；6-星间天线安装面；7-拔销式螺栓螺纹孔；8-卫星外部蒙板；9-太阳能电池片；10-微推进芯片孔；11-相机镜头孔；12-微推进；13-相机；14-星载计算机板；15-姿态控制板；16-电源板；17-通信板；18-L型定位块；19-L型定位块固定螺纹孔；20-拔销式螺栓；21-固定销安装筒；22-拔销器安装筒,；23-拔销式螺栓固定孔；24-分离面蒙板。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。

参见图1-图6，本发明设计了具有自搭载发射功能的新型纳卫星结构，包括卫星结构框架1，卫星外部蒙板2，卫星平台设备部件，卫星有效载荷微推进12和相机13，微分离部件L型定位块18和拔销式螺栓20，所述卫星平台设备部件包括星载计算机板14、姿态控制板15、电源板16和通信板17。

参见图1-图3，上顶面2、下底面4通过螺栓与侧棱3连接形成完整的卫星结构框架1，其中上顶面2和下底面4横梁上的8个连接件5用来安装所述卫星设备平台，横梁上突出的面6用来安装星间通信天线。根据各个功能板质量，考虑到整个纳卫星的重心位置要尽可能靠近几何之心，安装顺序依次为星载计算机板14、姿态控制板15、电源板16、通信板17。

参见图2和图3，六个卫星外部蒙板8通过螺钉固定到卫星结构框架1的各个面上，卫星外部蒙板8的外表面用来安装太阳能电池板，内表面安装卫星有效载荷微推进12和相机13，其中微推进12和相机13分别安装到四个卫星外部蒙板8上。为了保证微推进12芯片上的微喷管相机的镜头不被遮挡，对应的卫星外部蒙板8上开有微推进芯片孔10和相机镜头孔11。

参见图4-图6，微分离部件装置包括L型定位块18和拔销式螺栓20。为保证顺利分离，将L型定位块18及侧棱3的配合部分设计成楔形，为防止发生自锁，经过计算，L型定位块18与侧棱3接触面倾斜角度为2°。微分离部件的安装过程是：首先在分离面蒙板24上表面规定位置使用螺钉安装一个L型定位块18，将纳卫星一个侧棱3与L型定位块18配合，从而对纳卫星进行定位，所述分离面蒙板为所搭载主星与纳卫星的分离面蒙板；紧接着将第二个L型定位块18装上，实现对纳卫星的两个自由度的限制；再安装另两个L型定位块18，加强对纳卫星固定的可靠性；然后将拔销式螺栓20对准卫星结构框架1上的螺纹孔7，用螺钉将其固定到分离面蒙板24上，拧上螺母，直到与纳卫星连接牢固。L型定位块18和拔销式螺栓20结合，即可完成对纳卫星定位和x，y，z三个方向的固定，使纳卫星可以搭载主星进行发射。

在进入预定的轨道后，拔销器安装筒22中拔销部件将固定销移除，拔销式螺栓20与拔销器安装筒22分离，纳卫星带着分离开来的螺栓进入自身轨道开始工作。

本发明设计的具有自搭载发射功能的纳卫星结构具有通用性，任何轨道符合搭载纳卫星要求的主星均可搭载，只需要选定主星上的分离面，然后按照上述微分离部件的安装过程安装到分离面蒙板上，然后在进入预定轨道后完成自身发射即可。

针对本发明设计的具有自搭载发射功能的纳卫星结构进行了强度分析和模态分析。在对结构进行强度分析时，通过调查几种主要运载器的过载特性，取轴向过载为10g，横向过载为3g，有限元分析后得出结构受力均匀，最大应力值约为20Mpa，最大变形约为0.015mm，完全满足材料的强度要求。在对结构进行模态分析时，得出结构的一阶固有频率为120.2HZ，而一般50kg以上级大卫星的固有频率不超过30HZ，所以本发明设计纳卫星模态满足要求。

Claims (6)

1.一种具有自搭载发射功能的纳卫星结构，包括卫星结构框架、卫星外部蒙板、微分离部件、卫星平台设备部件、卫星有效载荷；所述卫星平台设备部件及卫星有效载荷安装在卫星结构框架和卫星外部蒙板上，微分离部件将纳卫星连接固定到所搭载主星上。

2.如权利要求1所述的纳卫星结构，其特征在于，卫星结构框架上顶面包括四根横梁，其中两根对称的横梁上各有两个连接件，装有两个连接件的其中一根横梁上有一个突出的安装面，上顶面采用一体化加工，下底面同样采用一体化加工，包括四根横梁、与上顶面对应的两根对称横梁上各有两个连接件，装有两个连接件的其中一根横梁上有一个突出的安装面，下底面还有两根X型连接杆件，上顶面和下底面与四根侧棱均通过螺纹连接，八个连接件固定卫星平台部件的四个功能板，两个突出面安装星间通信天线。

3.如权利要求1所述的纳卫星结构，其特征在于，卫星外部蒙板通过螺钉安装到卫星结构框架的各个面上，每个卫星外部蒙板外表面安装太阳能电池板，内表面安装微推进和相机两个卫星有效载荷。

4.如权利要求1所述的纳卫星结构，其特征在于，微分离部件包括四个L型定位块和拔销式螺栓，四个L型定位块固定到所搭载主星分离面蒙板的上表面，与卫星结构框架上四个侧棱相配合对纳卫星进行定位，将L型定位块和配合部分的侧棱设计成楔形，拔销式螺栓固定在所搭载主星分离面蒙板的下表面，通过纳卫星结构框底面的螺纹孔伸出，拧上螺母，将纳卫星与所搭载主星连接固定，进入预定轨道后，拔销式螺栓内部的拔销器移除固定销，将纳卫星在轨释放。

5.如权利要求4所述的纳卫星结构，其特征在于，所述L型定位块和卫星结构框架上四个侧棱配合部分楔形倾斜角度为2°。

6.如权利要求1-5任一所述的纳卫星结构，其特征在于，所述卫星结构框架以及卫星外部蒙板均采用1460铝-锂合金新型材料。

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