CN103738509A - 一种新型多星分离解锁释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于微/纳卫星用的多星分离解锁释放装置。该装置可克服现有技术中各类分离解锁释放装置的不足，解决微小型航天器在多星搭载发射中分离装置复杂、成本较高的问题。本发明多星分离解锁释放装置采用轴向支撑方式与径向分离方式，在保证搭载微纳卫星在发射阶段良好的力学环境的同时，也能避免卫星分离时相互干涉以及分离后发生碰撞；并且多星分离解锁释放装置结构简单，采用模块化设计，改装和维护方便，环境适应性较强，达到了低成本、部件简单、可靠性高的特点。

Description

一种新型多星分离解锁释放装置

技术领域

本专利涉及一种新型多星分离解锁释放装置，应用于航天发射过程中的卫星（微小卫星、纳卫星、皮卫星等）与运载火箭之间的可靠分离，属于航天技术领域。

背景技术

在航天器的发射过程中，卫星与运载火箭之间的分离解锁释放装置至关重要，既要实现卫星解锁分离释放的成功，又要给卫星提供合理的分离速度。

星箭分离解锁释放装置具有以下功能：

1.连接卫星与卫星支架(火箭)，发射过程中对卫星提供支撑，承受卫星传递的各种载荷，保证星箭的可靠连接；

2.保证星箭的可靠连接；能可靠地实现星箭分离，分离过程中要求不影响卫星的姿态，无多余物产生，不污染卫星。

目前国内外星箭分离装置主要包括火工分离方式和新型非火工分离方式，具体分离装置的分类及性能如下表所示：

小卫星重量轻、体积小，具有周期短、性能高、成本低的特点，在通信、遥感、科学技术等研究领域有着广泛用途，。近年来，小卫星的研制数量显著增大，大量的小卫星在寻求搭载发射机会。多星发射能使卫星的发射费用大大降低，有助于大、中型运载火箭发射多颗中、小型卫星。随着卫星朝着微型化、纳米化方向发展，多星发射技术的提高，一箭多星技术将会得到快速发展。

一箭多星，即用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术。它能充分地利用运载火箭的运载能力，降低卫星发射成本，使相关联的多颗卫星保持密切配合。

一箭多星发射的关键技术在于卫星发射时的布局以及在轨分离方式。

目前国际上常用的卫星布局方式是根据具体的运载火箭包络要求将卫星串联或并联安装，在实际设计过程中还需根据不同的约束条件选取合适的构型和星箭接口形式。一箭多星发射中，运载火箭对卫星的支撑主要有纵向(底部连接)和横向(壁挂连接)方式，还有纵、横向组合支撑方式，即分配器四周通过横向支撑连接多颗卫星，分配器顶部再通过适配器连接一颗卫星。

目前国际上一箭多星的发射常用两种方式：（1）把几颗卫星一次送人一个相同的轨道或几乎相同的轨道上；（2）分次分批释放卫星，使每一颗卫星分别进入不同的轨道。就是说，运载火箭到达某一预定轨道速度时，先释放第一颗卫星，然后火箭继续飞行，达到另一个预定的轨道速度时，又释放第二颗卫星，依此类推，逐个把卫星送人各自的预定运行轨道。

上述方法虽然能够实现一箭多星发射，但是均存在一定的不足。轴向支撑轴向分离方式容易造成卫星分离时相互干扰，尤其是在采用一次性分离所有卫星时这种缺点更为明显；径向支撑径向分离方式又会使卫星在发射阶段力学环境较为恶劣。

发明内容

为了实现一箭多星发射，加速小（微）型航天器的实用进程，本发明提供了一种适用于真空环境的，结构简单的、成本低廉的新型的多星分离解锁释放装置

本发明的技术解决方案是：

一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：所述装置包括支架[1]、适配器[2]、卫星轨道展开器[3]、连接环[4]。适配器[2]底部通过18个螺栓孔与运载火箭相连，顶部通过12个螺栓孔与连接环相连；连接环[4]用于提供支撑，并可在用户需要时进行分层布置以增加搭载卫星[7]数量；支架[1]用于固定支撑卫星轨道展开器[3]；卫星轨道展开器[3]用于搭载卫星的连接和解锁分离。

上述卫星轨道展开器[3]由箱体[5]、分离弹簧[6]、门[8]、释放装置[9]组成。箱体[5]底板与连接环[4]相连，并对搭载卫星提供支撑，箱体[5]内部有4根导轨，搭载卫星[7]将沿着导轨实现分离；释放装置[9]与门[8]用于连接与解锁，门[8]与箱体[5]的连接处有2个扭簧，用于打开门；分离弹簧[6]为压缩弹簧，用于提供搭载卫星分离的动力。

本发明一种新型的多星分离解锁释放装置是一种结构简单、可靠性高的卫星连接与解锁分离装置。搭载卫星采用轴向支撑方式，在发射阶段力学环境较好；同时，搭载卫星采用径向分离方式，避免卫星分离时相互干涉以及分离后发生碰撞；整个多星分离解锁释放装置结构简单，采用模块化设计，改装和维护方便：既可依据用户需求采用分层布置连接环方式来增加搭载卫星数量，也可在分离环上方安装主星。多星分离器对环境的适应性较强，大大降低小型航天器发射成本，可用于未来小型航天器一箭多星发射。

附图说明

附图1为本发明一种新型的多星分离解锁释放装置的结构示意图。

附图2为本发明一种新型的多星分离解锁释放装置的卫星轨道展开器部件结构示意图。

图中标记为：1.支架、2.适配器、3.卫星轨道展开器、4.连接环、5.箱体、6.分离弹簧、7.搭载卫星、8.门、9.释放装置

具体实施方式

以100×100×300mm的微小卫星作为有效载荷进行说明，运载火箭整流罩尺寸为800×800×1550mm。

附图是本发明一种新型的多星分离解锁释放装置的一个内部结构示意图。该装置包括：

支架[1]、适配器[2]、卫星轨道展开器[3]、连接环[4]，在本发明中整个结构的包络尺寸为800×800×750mm。在发射阶段搭载卫星收拢在卫星轨道展开器内，卫星轨道展开器对搭载卫星提供支撑，承受卫星传递的各种载荷；得到展开命令后进行搭载卫星分离，卫星分离的具体过程是：卫星轨道展开器的舱门打开，5颗搭载卫星在内部压缩弹簧的弹力作用下，沿着箱体内部的导轨滑出，与运载火箭分离。在分离过程中解锁分离机构与星箭结构互不干涉，能够可靠地实现星箭分离。

上述适配器[2]用于与运载火箭相连并承受卫星传递的各种载荷，采用板壳结构。在本发明中，适配器的材料为LD10铝，底部直径为800mm，顶部直径为600mm，高度为200mm。顶部与连接环相连。

上述支架[1]用于固定和安装卫星轨道展开器，根据卫星的数量和大小以及整流罩的包络尺寸可以设计不同的外形。在本实例中支架为正五边形棱柱，高度为406mm。

上述卫星轨道展开器[3]采用规范的容器把卫星在轨释放。其主要功能是为子星提供一个安全可靠的分离环境，同时保证运载火箭和主星的安全，结构简单、安装灵活。卫星轨道展开器[3]由箱体[5]、分离弹簧[6]、门[8]、释放装置[9]组成，包络尺寸为140×200×430mm。发射阶段卫星收拢在箱体内，舱门通过锁紧释放装置关闭，分离弹簧处于压缩状态。接到释放命令后，释放装置解锁，舱门在底部扭簧的作用下打开；卫星在分离弹簧的推力作用下沿着箱体内部的导轨离开箱体，从而可靠地实现分离。

上述门[8]通过底部的扭簧实现打开。这些弹簧提供足够的扭矩以快速打开舱门，这个设计可以使门与箱体紧密配合并降低了释放机构的压力。

上述释放装置[9]选用新型低冲击释放装置。在本发明中选用QWKNUT作为卫星轨道展开器的释放装置，该种释放装置具有分离速度快（20ms）、质量小、体积紧凑、承载能力强（45～59KN）的特点，非常可靠并且可以重复使用，可以进行多次试验以验证设计可靠性。

上述分离弹簧[6]是放置于箱体内部的压缩弹簧，末端固定在箱体的底板上。弹簧与卫星没有直接的接触，而是通过一个推板将卫星推出箱体。弹簧的参数需要根据任务要求专门定制。

上述箱体[5]材料为7075-T6铝，这是一种高强度、易加工、价格相对低廉的材料，箱体导轨面进行特殊处理以降低滑动摩擦力并要进行防冷焊处理。

上述搭载卫星[7]有一定的构型要求。在本发明中，搭载卫星的四条边均留出6.5mm的空隙，以使卫星可以沿着箱体导轨滑出；搭载卫星靠近舱门的一面留有12mm的空隙以防止卫星的工作部件在发射过程中承受较大载荷。

本发明以100×100×300mm的微小卫星作为有效载荷实现一箭多星在轨分离。通过一箭多星发射可以低成本完成各类空间任务。多星分离解锁释放装置采用轴向支撑方式与径向分离方式，在保证搭载卫星在发射阶段良好的力学环境的同时，也能避免卫星分离时相互干涉以及分离后发生碰撞；并且多星分离解锁释放装置结构简单，采用模块化设计，改装和维护方便；可进行地面验证试验，分离可靠性更高。在本发明中整套设备尺寸为800×800×750mm，能够同时满足整流罩与搭载卫星的空间要求。

本发明一种新型的多星分离解锁释放装置达到了低成本、部件简单、可靠性高的特点。是一种可进行地面验证试验的卫星连接与解锁分离装置。多星分离解锁释放装置对环境的适应性较强，降低了小型航天器发射成本，为小型航天器一箭多星发射提供了一种有效的技术解决方案良好的办法。

Claims (5)

1.一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：所述装置主要包括支架[1]、适配器[2]、卫星轨道展开器[3]、连接环[4]。适配器[2]与运载火箭连接，连接环[4]用于提供支撑，并可在用户需要时进行分层布置以增加搭载卫星[7]数量；支架[1]用于固定支撑卫星轨道展开器[3]；卫星轨道展开器[3]用于搭载卫星的连接和解锁分离。是一种结构简单的、成本低廉的卫星连接与解锁分离装置。

2.根据权利要求1所述的一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：卫星轨道展开器[3]由箱体[5]、分离弹簧[6]、门[8]、释放装置[9]组成。发射阶段卫星收拢在箱体内，舱门通过锁紧释放装置关闭，分离弹簧处于压缩状态。接到释放命令后，释放装置解锁，舱门在底部扭簧的作用下打开；卫星在分离弹簧的推力作用下沿着箱体内部的导轨离开箱体，从而可靠地实现分离。

3.根据权利要求1所述的一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：释放装置[9]选用新型低冲击释放装置，该释放装置要具备分离速度快（20ms）、质量小、体积紧凑、承载能力强（45～59KN）的特点，非常可靠并且可以重复使用，可以进行多次试验以验证设计可靠性。

4.根据权利要求1所述的一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：分离弹簧[6]是放置于箱体内部的压缩弹簧，末端固定在箱体的底板上。弹簧与卫星没有直接的接触，而是通过一个推板将卫星推出箱体。弹簧的参数需要根据星箭分离速度要求专门定制。

5.根据权利要求1所述的一种新型的多星分离解锁释放装置，其特征在于：箱体[5]材料为7075-T6铝，这是一种高强度、易加工、价格相对低廉的材料，箱体导轨面进行特殊处理以降低滑动摩擦力并要进行防冷焊处理。

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