CN104290920A - 一种模块化可重构的微纳卫星结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化可重构的微纳卫星结构，由一组相互配套的可替换的基础部件组成，主要包括侧面板、半侧面板、上顶板、下底板和板间联接件五种部件。侧面板和半侧面板集成单机和载荷的标准接口，具备完全可重复特性；上顶板和下底板的设计依赖于具体的任务，只要将安装设备的标准化接口集成在该两种基础部件上，对于同样的侧面板和半侧面板结构，可以实现模块化批量生产。五种部件的不同组合可以构成不同的卫星结构。根据不同任务的需求，可实现卫星结构的快速设计和快速组装，集成和测试。这种模块化可重构特性进一步缩短了整星研发周期，减少重复研发费用，提升了微纳卫星的灵活性。

Description

一种模块化可重构的微纳卫星结构

技术领域

本发明涉及航天卫星领域，尤其涉及一种模块化可重构的微纳卫星结构。

背景技术

进入21世纪以来，随着计算机、新材料、微纳米、微电子机械、高密度能源以及新型空间推进技术的迅速发展，微纳卫星以一种全新的概念、崭新的设计思想成为航天领域最活跃的研究方向。微纳卫星以“更快、更好、更省”为发展目标，大量采用高新技术，具有功能密度与技术性能高、投资与运营成本低、灵活性强、研制周期短、风险小等优点。微纳卫星重量轻，通常作为大型发射任务的附属载荷，免于高成本的大型发射运输工具，使其发射成本显著降低，并且可以实现灵活、机动、快速的发射。近些年，微纳卫星得到快速发展。

从2011年至2012年7月底，全球共发射232颗微纳卫星，占全球卫星发射总数的22.8%。目前，微纳卫星已广泛应用于对地观测、电子侦察、通信、导航、空间攻防、空间目标跟踪、在轨服务、战术快响、空间科学探测、空间天气、深空探测和新技术试验等领域，并且已成为空间系统的重要组成部分。

然而，传统的航天器结构设计方法是面向任务的，由用户需求驱动，任务和功能比较单一，研制周期相对比较长，不适合微纳卫星的“更快、更好、更省”的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化可重构特性的微纳卫星结构，结构的适应性通过选择合适的模块化部件来实现，部件本身不需要改变，能够针对不同的航天任务，进行卫星结构的快速装配、集成和测试。 

为达上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于标准化、模块化思路，设计一组相互配套的可替换的基础部件，可以根据任务的需求实现卫星结构的快速设计和快速组装、集成和测试。基础部件主要由侧面板，半侧面板，上顶板，下底板和板间联接件组成。侧面板和半侧面板集成单机和载荷的标准接口，具备完全可重复特性；两者之间的不同是侧面板上安装了大部分的子系统，而半侧面板上主要提供备用的开孔和为小型单机提供固定位置。上顶板和下底板的设计依赖于具体的任务，只要将安装设备的标准化接口集成在该两种基础部件上，对于同样的侧面板和半侧面板结构，可以实现模块化批量生产。

若干个侧面板与半侧面板通过板间联接件连接，形成微纳卫星结构的侧面，所述下底板分别与侧面板与半侧面板通过板间联接件连接，形成微纳卫星结构的底面，所述上顶板分别与侧面板与半侧面板通过板间联接件连接，形成微纳卫星结构的顶面。

本发明的进一步技术方案是：侧面板的设计要使得所有的子系统集成在卫星平台的内部，同时在侧面板外部安装太阳能电池片。半侧面板为单机和载荷提供无遮挡的视场，或者安装小型设备和单机，如推进器喷嘴、天线和太阳敏感器等。只要提供针对单机和载荷的标准接口，侧面板和半侧面板都可以是完全重复的模块。侧面板尺寸设计的依据是根据卫星所需的太阳能电池片的面积。半侧面板为设备提供安装面，对于有视场要求的设备，还要在给定方向提供安装点。对于半侧面板，设备既有可能被安装在内表面，也有可能安装在外表面。因此，要在半侧面板上预先定义开孔，使其成为结构的一个组成部分，当不需要开孔时，可以很容易地根据需要移除。

本发明的进一步技术方案是：上顶板用来封闭卫星平台，安装载荷，并提供天线的接口，对于载荷装在内部的情况还要安装太阳能电池片；下底板用来安装发射接口或推进系统。

本发明的进一步技术方案是：联接件采用角支架，其特点是容易批量生产，设计灵活，可根据需要切割到一定长度。

本发明的进一步技术方案是：由于结构分系统与其他所有分系统相接触。本发明不涉及发射装置和弹出装置，考虑了除发射接口外的所有接口。

本发明的技术效果在于：设计一种模块化可重构的新型微纳卫星结构，由一组相互配套的可替换的基础部件组成，可以根据任务的需要实现快速设计和快速组装，集成和测试，降低卫星系统设计的复杂度，减少重复研发费用，缩短研制周期，提升微纳卫星的灵活性。

附图说明

图1A是本发明模块化可重构的微纳卫星结构侧面板结构示意图；

图1B本发明模块化可重构的微纳卫星结构半侧面板结构示意图；

图1C是本发明模块化可重构的微纳卫星结构上顶板结构示意图；

图1D是本发明模块化可重构的微纳卫星结构下底板结构示意图；

图1E是本发明模块化可重构的微纳卫星结构板间联接件结构示意图；

图2A为本发明近点轨道卫星平台外部结构示意图，其为不含推进系统的可执行于近地轨道任务的卫星平台；

图2B为本发明近点轨道卫星平台内部结构示意图；

图3A为本发明地球同步转移轨道卫星平台外部结构示意图，其为含推进系统的可执行于地球同步转移轨道任务的卫星平台；

图3B为本发明地球同步转移轨道卫星平台内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种模块化可重构的微纳卫星结构的具体实施方式做详细说明。

参见图1A～图1E，本发明一种模块化可重构的微纳卫星结构由一组相互配套的可替换的基础部件组成，主要包括侧面板11、半侧面板12、上顶板13、下底板14和板间联接件15。

侧面板11上设置常用卫星各个子系统标准接口111。半侧板12上设置有标准开孔121，为有视场要求的单机和载荷提供视场窗口，例如星敏感器122（标示于图2A中）。侧面板11和半侧面板12的区别是其上安装的单机：侧面板11上安装了卫星平台大部分的子系统，而半侧面板上主要提供备用的开孔和为小型单机提供固定位置。侧面板11和半侧面板12外表面都可安装太阳能电池片112（标示于图2A中）。

所述上顶板13用来封闭微纳卫星结构，安装载荷，并提供天线的接口，对于载荷装在内部的情况还可能需要安装太阳能电池片。所述下底板14用来安装发射接口或推进系统。同时，为维持微纳卫星结构的完整性，所述上顶板13及下底板14的设计还要依赖于侧板面11和半侧面板12的结构。

若干个侧面板11与半侧面板12通过板间联接件15连接，形成微纳卫星结构的侧面。上顶板13与侧面板11、半侧面板12通过板间联接件15连接，形成微纳卫星结构的顶面。下底板14分别与侧面板11、半侧面板12通过板间联接件15连接，形成微纳卫星结构的底面。在本具体实施方式中，所述板间联接件15为角支架，其容易批量生产，设计灵活，可根据需要裁减到一定长度。

为了实现模块化，标准化和可重构特性，将尽可能多的任务场景中涉及到的接口都集成到五种部件中，这将有利于大规模生产。不同的任务场景只需要选择五种部件的数量，其中上顶板13和下底板14要根据具体的任务进行订制。

进一步，在侧面板11上，在不与其他结构发生干涉的前提下，需整合铰链和释放机构，用于展开式太阳帆板118（标示于图3A中）。对于要求展开式太阳帆板118的结构，在设计中需要考虑的因素有：固定面板上的固定机构；固定面板上的铰链机构；展开面板上的铰链机构；展开面板上的释放机构。需要权衡一下展开太阳帆板铰链和固定装置的位置。他们既可以安装在侧面板11上也可以安装在半侧面板12上，甚至两者的组合，比如铰链在半侧面板12上，固定装置在侧面板11上。

本发明的模块化可重构结构设计方案在执行航天任务时，首先根据任务确定卫星构型，然后确定所选择的侧面板11、半侧面板12、上顶板13、下底板14以及板间联接件15的数量，依照设计的卫星构型进行快速拼接与组装。进一步，在任务设计过程中，可以通过改变基础部件的数量，调整卫星主体结构，以达到迭代优化的目的。

下面列举本发明两个实施例

实施例1

参见图2A及图2B，本实施例提供一个不含推进系统的可执行于近地轨道任务的卫星平台。该微纳卫星结构包括四个侧面板11、四个半侧面板12、一个上顶板13、一个下底板14和二十四个板间联接件15。半侧面板12上开有圆孔123，能够为光学载荷141提供对地观测视场，可用于地球观测任务中。同时，在半侧面板12上还安装低增益天线124。并且，将有视场要求的单机，例如星敏感器122等放在半侧面板12上。其它分系统单机，例如电源控制模块113、通信模块114、数据命令模块115、动量轮116等，分别放置在侧面板11内表面。

实施例2

参见图3A及图3B，本实施例提供一个含推进系统的可执行于地球同步转移轨道任务的卫星平台，为适应能源需求，卫星平台安装两个展开式太阳能帆板118，并配备推进器142，使其具有轨道机动能力。所述太阳能帆板的展开机构117安装在侧面板11上。载荷131安装在上顶板13，其他子系统安装在侧面板11上。该卫星结构总共由六个侧面板11、四个半侧面板12、一个上顶板13、一个下底板14和二十四个板间联接件15构成。

以上所述仅是本发明的典型实施案例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。   

Claims (6)

1.一种模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，由一组相互配套的可替换的基础部件组成，所述基础部件包括侧面板、半侧面板、上顶板、下底板和板间联接件；将若干个所述侧面板与若干个所述半侧面板通过所述板间联接件连接，形成微纳卫星结构的侧面，所述下底板分别与所述侧面板以及所述半侧面板通过所述板间联接件连接，形成微纳卫星结构的底面，所述上顶板分别与所述侧面板以及所述半侧面板通过所述板间联接件连接，形成微纳卫星结构的顶面。

2.根据权利要求1所述的模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，所述侧面板的内侧面可作为所述微纳卫星的子系统安装面；所述侧面板的外侧面可安装太阳能电池片，所述侧面板的尺寸的设计依据所述微纳卫星所需的太阳能电池片面积。

3.根据权利要求1所述的模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，所述半侧面板为单机和载荷提供无遮挡的视场，或者用于安装小型设备和单机。

4.根据权利要求1所述的模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，所述上顶板用来封闭卫星平台，安装载荷，并提供天线的接口，对于载荷装在所述微纳卫星内部的情况还可以安装太阳能电池片。

5.根据权利要求1所述的模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，所述下底板用来安装发射接口或推进系统。

6.根据权利要求1所述的模块化可重构的微纳卫星结构，其特征在于，所述板间联接件采用角支架。