CN104249815B - 一种卫星区域布局的方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星区域布局的方法，将单机设备布置在服务舱仪器板；计算与仪器板单机设备连接电缆重量、及仪器板质量特性对卫星平台质量特性的贡献、仪器板上单机设备热耗分布，采用干涉检查方式分析服务舱仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间足够；将计算结果按照卫星单机设备布局原则中的约束条件进行比较分析，如果不满足约束条件，则返回步骤(1)调整单机设备在北仪器板上的位置，重复步骤(2)，直至满足卫星单机设备布局原则中的约束条件要求。本发明经过精确计算使得能够卫星平台对布局要求，且能够实现解耦。

Description

一种卫星区域布局的方法

技术领域

本发明涉及布局工作，卫星每块仪器舱板在布局工作中，必须经历的一项重要工作。

背景技术

卫星进行仪器设备布局时，要考虑(1)各分系统的仪器设备外形尺寸要尽量小，即内部结构安排要紧凑。这样不仅有利于卫星外形尺寸满足限制要求，也可减小仪器设备的外壳质量。(2)各仪器设备外形一般要设计成长方体，这样可充分利用星内空间，也有利于仪器设备外壳的制造。(3)对仪器设备的安装尺寸(包括安装耳片位置尺寸、连接孔尺寸等)、仪器接插件的位置及外伸形体尺寸提出要求，以控制仪器设备所占星内体积并保证安装、操作的开敞性和连接强度等要求。(4)各分系统的仪器设备应根据其功能特性适当分块，不能过碎，也不能过大。如果过碎则仪器外壳和总装质量要增大，如果都集中在一起，尺寸过大而不利于热控、总装和维修。(5)质量预算，各分系统的各个仪器设备、总装直属件的质量M_i及余量M_Y等，以及质心。(6)散热预算，分析卫星各分系统仪器设备的散热量，提出卫星散热面布局和总散热能力要求。最后对仪器设备做散热分配，并留有一定的余量。(7)往往划分卫星为服务舱、载荷舱等。服务舱为整星提供支撑服务的舱体。载荷舱为支撑有效载荷的部分舱体。质心，即质量的中心，指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。

总之，需要综合考虑仪器安装空间、整星质心情况、干涉等多种综合因素，不同情况往往存在耦合交叉。以往在进行仪器设备布局时，往往采用单项定性的分析方法，并极大的依赖经验来判断仪器设备布局好坏，往往布局无法有效解耦。继续将分析内容理论化抽象化为数学模型，综合各要素，整体分析布局，获得最优解。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有方法的不足，提供一种卫星布局的方法，经过精确计算使得能够卫星平台对布局要求，且能够实现解耦。

本发明技术解决方案：一种卫星区域布局的方法，实现步骤如下：如图1所示：

(1)将单机设备布置在服务舱仪器板，所述服务舱仪器板包括南仪器板和北仪器板；所述北仪器板与轨道面法向相反，与卫星飞行方向垂直；所述南仪器板指向轨道面法向，与卫星飞行方向垂直；

(2)计算与仪器板单机设备连接电缆重量、及仪器板质量特性对卫星平台质量特性的贡献、仪器板上单机设备热耗分布，采用干涉检查方式分析服务舱仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间足够；

(3)将步骤(2)的计算结果按照卫星单机设备布局原则中的约束条件进行比较分析，如果不满足约束条件，则返回步骤(1)调整单机设备在北仪器板上的位置，重复步骤(2)，直至满足卫星单机设备布局原则中的约束条件要求；

所述的约束条件指：卫星平台质量特性的质心东西方向坐标x≤10mm，南北方向坐标y≤10mm；单机设备热耗满足北仪器板上布置热管的散热能力；服务舱仪器板的南仪器板或北仪器板开合、电缆接插件插拔、电缆走向不发生几何干涉。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)明确了仪器板布局的实现步骤，将布局设计工作简化为模型和算法，以数值分析方式获得最终布局，能够实现解耦。

(2)优化分析模型，以约束条件、分析计算方法为支撑，将整体无法解耦的工作、定性分析转化为逐步解耦和定量分析。

附图说明

图1为本发明实现的流程图；

图2为本发明实施例1卫星布局示意图；

图3为本发明实施例2卫星布局示意图。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明，具体实施方式如下：

实例1，如图2所示，以四个单机设备为例，4个单机设备为：执行单元C、综合业务设备A、中心计算机D、遥测设备B。实例2：如图3所示，以3个单机设备为例，3个单机设备为：电源、线路盒、星敏盒。

实例1：

(1)将单机设备布置在服务舱北仪器板(北仪器板指向轨道面法向反向，与卫星飞行方向垂直)；

(2)计算与北仪器板单机设备连接电缆重量、及北仪器板质量特性对卫星平台质量特性的贡献、北仪器板上单机设备热耗分布，采用干涉检查方式分析服务舱北仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间；

(3)将步骤2的计算结果按照卫星单机设备布局原则中的约束条件进行比较分析，如果不满足约束条件，则返回步骤1调整单机设备在北仪器板上的位置，重复步骤2，直至满足卫星单机设备布局原则中的约束条件要求。

所述的约束条件指：卫星平台质量特性的质心东西方向坐标x≤10mm，南北方向坐标y≤10mm；单机设备热耗满足北仪器板上布置热管125W的散热能力；服务舱北仪器板开合、电缆接插件插拔、电缆走向不发生几何干涉。

具体实施如下：

一、确定布局

确定通信卫星北仪器板的布局，各设备详细参数。

根据单机ICD理出执行单元、综合业务设备、中心计算机、遥测设备四台设备的最大外轮廓尺寸，温度、热耗、重量。

二、梳理约束条件。

理出约束：电缆减重3kg以上，热管分布满足设备热耗要求，平台质心东西方向坐标x≤10mm，南北方向坐标y≤10mm。电缆走向空间足够，舱板开合容易，电缆总装插拔实施代价小。

三、分析计算

求解方法：以约束条件为边界条件，以目标函数为优化目标，通过用程序和软件计算布局后的目标，然后进行反复迭代计算，最后给出最优解。

在舱板上按照附图2进行设备布局，布局完成后，进行电缆走向铺设，给电缆赋予节点信息，计算电缆的理论重量。

电缆重量的计算公式如下：

L*ρ*n*N＝m

线长度(mm)×线密度(kg/mm)×电缆根数×电缆束数＝电缆重量(kg)

符号含义：

L表示线长度,单位mm

ρ表示线密度单位kg/mm

n表示电缆根数

N表示电缆束数

m标识电缆质量,单位kg

通过(A质量*A质心+B质量*B质心....)/(A质量+B质量...)计算这些设备对平台质心的影响。

(Ma*Xa+Mb*Xb+...Mi*Xi)/(Ma+Mb+...Mi)＝Xo

(Ma*Ya+Mb*Yb+...Mi*Yi)/(Ma+Mb+...Mi)＝Yo

(Ma*Za+Mb*Zb+...Mi*Zi)/(Ma+Mb+...Mi)＝Zo

符号含义：

Ma,Mb,Mi表示第a，b，i个设备的质量

Xa,Xb,Xi表示第a，b，i个设备的X向质心

Ya,Yb,Yi表示第a，b，i个设备的X向质心

Za,Zb,Zi表示第a，b，i个设备的X向质心

Xo表示整体舱板X向质心

Yo表示整体舱板Y向质心

Zo表示整体舱板Z向质心

计算热管方向仪器总热耗，热管与仪器相交面积，热流密度(通常热设计的要求是在转移轨道和同步轨道的热耗应分别小于400W/m2和250W/m2)，热管方向仪器工作温度范围一致性，热管根数、长度、重量。

通过干涉检查分析服务舱北仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间。

四、分析比较

从电缆重量方面相对原方案减少约3.5kg；从舱板开合方面因为预留了3条通道，可以更为合理的分配线束路径，使得每个通道电缆总数量趋于平均，线缆总粗细减少；从总装操作性方面因为把两台测试时需要反复插拔的设计都安排到了+X侧，方便总装测试操作；热控方面改动少，且不需要额外增加热管重量；平台质量特别变化不大，较原方案偏+X方向0.4mm，+Y方向-0.38mm。

实例2：

(1)将单机设备布置在服务舱南仪器板，南仪器板指向轨道面法向，与卫星飞行方向垂直；

(2)计算与南仪器板单机设备连接电缆重量、及南仪器板质量特性对卫星平台质量特性的贡献、南仪器板上单机设备热耗分布，采用干涉检查方式分析服务舱南仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间；

(3)将步骤(2)的计算结果按照卫星单机设备布局原则中的约束条件进行比较分析，如果不满足约束条件，则返回步骤(1)调整单机设备在南仪器板上的位置，重复步骤(2)，直至满足卫星单机设备布局原则中的约束条件要求。

所述的约束条件指：卫星平台质量特性的质心东西方向坐标x≤10mm，南北方向坐标y≤10mm；单机设备热耗满足北仪器板上布置热管100W的散热能力；服务舱南仪器板开合、电缆接插件插拔、电缆走向不发生几何干涉。

以往在进行卫星布局时，按照各影响因素逐次开展卫星设备布局工作，然后最终进行定性的整体确定最终布局。本发明引入区域布局方法，以一个确定区域为设计对象，最后归结为一个整体数据计算方式实现整星布局优化设计。可以把以往仪器设备布局由依赖经验来判断仪器设备布局好坏转换为理论计算，以往布局无法有效解耦也可有效解决。已经应用在某卫星型号的布局工作中。

Claims (1)

1.一种卫星区域布局的方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)将单机设备布置在服务舱仪器板，所述服务舱仪器板包括南仪器板和北仪器板；所述北仪器板与轨道面法向相反，与卫星飞行方向垂直；所述南仪器板指向轨道面法向，与卫星飞行方向垂直；

(2)计算与仪器板单机设备连接电缆重量、及仪器板质量特性对卫星平台质量特性的贡献、仪器板上单机设备热耗分布，采用干涉检查方式分析服务舱仪器板总装情况即北仪器板开合容易、电缆接插件插拔实施代价小、电缆走向空间足够；

(3)将步骤(2)的计算结果按照卫星单机设备布局原则中的约束条件进行比较分析，如果不满足约束条件，则返回步骤(1)调整单机设备在北仪器板上的位置，重复步骤(2)，直至满足卫星单机设备布局原则中的约束条件要求；

所述的约束条件指：卫星平台质量特性的质心东西方向坐标x≤10mm，南北方向坐标y≤10mm；单机设备热耗满足北仪器板上布置热管的散热能力；服务舱仪器板的南仪器板或北仪器板开合、电缆接插件插拔、电缆走向不发生几何干涉。