CN105035358A - 在轨展开式卫星结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在轨展开式卫星结构，包括沿周向排列的多个构型相同的星体模块，相邻的星体模块之间通过展开式桁架连接，且相邻的星体模块之间设置有对应的星体连接和解锁装置；在发射阶段，星体连接和解锁装置将星体模块连接成一个整体，使得星体处于收拢状态，满足发射时运载包络需求；在星体入轨后，星体连接和解锁装置工作，实现星体模块之间的解锁，并在展开式桁架作用下，星体模块实现在轨展开；在轨工作期间，通过展开式桁架的锁定机构，实现展开式桁架的在轨高刚度锁定。本发明解决了星体不能超过运载限制与满足在轨大型载荷需要的结构构型间的矛盾；为后续大型载荷的应用提供了工程解决途径。

Description

在轨展开式卫星结构
技术领域
本发明涉及卫星结构设计，具体涉及一种在轨展开式卫星结构。
背景技术
卫星星体通常按功能分为推进舱、服务舱(或者平台舱)、载荷舱等等，各个舱段为各个单机及其电缆提供机械安装接口。各个舱段之间采用螺栓等经固件可靠地连接为一体。但由于运载包络限制，卫星结构尺寸也受限制。
为了实现大型载荷构型需求，同时为了实现卫星结构模块化设计和高稳定性，展开式卫星结构可通过结构模块化、可展开的设计方式，实现较大的在轨尺寸，并保证结构平台的在轨高稳定性，同时在满足在轨大尺寸的要求下，又能满足现有运载条件。
展开式卫星结构的主要技术要求包括：主体包络、重量、强度、收拢和展开刚度等。收拢时，要求可展开卫星能够克服发射阶段的力学环境，星体结构不受破坏；在轨时，能够实现星体的可靠地展开及保持展开状态下的刚度要求；长期工作过程中，要求展开式桁架能承受恶劣的热学环境。
本发明所涉及的可展开式卫星结构，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种在轨展开式卫星结构。
本发明解决了星体不能超过运载限制与满足在轨大型载荷需要的结构构型间的矛盾；为后续大型载荷，如口径十米的光学相机等载荷的航天领域的应用，提供了工程解决途径。
根据本发明提供的一种在轨展开式卫星结构，包括沿周向排列的多个构型相同的星体模块，相邻的星体模块之间通过展开式桁架连接，且相邻的星体模块之间设置有对应的星体连接和解锁装置；
在发射阶段，星体连接和解锁装置将星体模块连接成一个整体，使得星体处于收拢状态，满足发射时运载包络需求；
在星体入轨后，星体连接和解锁装置工作，实现星体模块之间的解锁，并在展开式桁架作用下，星体模块实现在轨展开；
在轨工作期间，通过展开式桁架的锁定机构，实现展开式桁架的在轨高刚度锁定。
优选地，所述在轨展开式卫星结构的整体绕中心轴向对称。
优选地，星体模块的数量为3个。
优选地，在星体模块内部安装有蓄电池、天线；星体模块外壁粘贴有电池片；星体模块之间的功率和通信电缆布置在展开式桁架上。
优选地，星体模块实现在轨展开后，在星体模块之间形成中空的安装空间。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)在轨可展开星体通过高刚度的展开式桁架连接，在整星刚度没有明显降低的要求下，获得了更大的载荷安装结构和工作空间；
(2)星体分离之后，中间为中空结构，可为超大口径的光学载荷等提供了更大的光学通路；
(3)3块星体模块彼此相互独立，内部均可以安装各种单机和设备，实现了卫星的模块化设计；
(4)本发明的构型新颖，能够满足大型载荷需求及运载约束两者之间的矛盾，很好地解决了运载约束和载荷要求冲突问题；
(5)星体模块之间彼此分开，整体重量分布远离中心，卫星具有更大的惯量，整星也因此具有更高稳定性
(6)在轨工作期间星体在展开状态下，具有较高的刚度，实现基频大于10Hz要求，为载荷和单机等，提供稳定而可靠的高刚度平台。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明机构示意图。
图2是本发明的收拢到展开的过程。
图中：
1—星体模块
2—星体连接和解锁装置
3—展开式桁架
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提出了一种发射阶段收拢、在轨展开的卫星平台结构，主要由星体模块1、星体连接和解锁装置2、展开式桁架3等部分构成。在发射阶段，星体模块1由星体连接和解锁装置2收拢于运载整流罩内，满足其包络要求；入轨后，星体连接和解锁装置2均解锁，展开式桁架3将各个星体模块1彼此分开，从而实现卫星本体在轨重构的过程，为有特定需求的卫星载荷如口径为10米的光学相机等提供更大的安装结构。本发明解决了运载发射包络限制与载荷在轨大尺度工作空间要求之间的矛盾，取得了结构简单、刚度大的有益效果。
星体模块1为载荷、天线以及各类单机和系统提供机械接口；星体连接和锁紧装置将各星体模块1固定在一起，使得整个星体满足运载包络要求，并使得整个星体具有足够刚度和强度，能够承受发射主动段力学环境。在轨展开时，锁紧装置能够可靠地、顺利地释放对星体模块1的约束；最后由展开桁架将3块星体模块1可靠的锁定，形成一个高刚度的卫星平台结构。星体模块1彼此分开，为薄膜载荷提供很大的安装接口，并允许光线通过卫星星体中部。
如图1所示是本发明提出的可分离式卫星构型的示意图，主要是星体模块1、星体连接和解锁装置2、展开式桁架3等构成。地面装配时，单个星体模块1分别完成装配，展开式桁架3处于展开状态下，将3块展开式桁架3进行连接，并收拢靠紧，采用星体连接和解锁装置2将其固定与一体，满足运载包络限制和力学条件。入轨后展开过程如图2所示，整个结构从收拢状态下逐渐到展开状态：星体连接和解锁装置2工作，释放各个星体模块1之间的约束；展开式桁架3推动星体模块1彼此分离；展开式桁架3锁定，构成最终卫星平台结构，为大型载荷提供安装结构和工作空间。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种在轨展开式卫星结构，其特征在于，包括沿周向排列的多个构型相同的星体模块(1)，相邻的星体模块(1)之间通过展开式桁架(3)连接，且相邻的星体模块(1)之间设置有对应的星体连接和解锁装置(2)；
在发射阶段，星体连接和解锁装置(2)将星体模块(1)连接成一个整体，使得星体处于收拢状态，满足发射时运载包络需求；
在星体入轨后，星体连接和解锁装置(2)工作，实现星体模块(1)之间的解锁，并在展开式桁架(3)作用下，星体模块(1)实现在轨展开；
在轨工作期间，通过展开式桁架(3)的锁定机构，实现展开式桁架(3)的在轨高刚度锁定。
2.根据权利要求1所述的在轨展开式卫星结构，其特征在于，所述在轨展开式卫星结构的整体绕中心轴向对称。
3.根据权利要求1所述的在轨展开式卫星结构，其特征在于，星体模块(1)的数量为3个。
4.根据权利要求1所述的在轨展开式卫星结构，其特征在于，在星体模块(1)内部安装有蓄电池、天线；星体模块(1)外壁粘贴有电池片；星体模块(1)之间的功率和通信电缆布置在展开式桁架(3)上。
5.根据权利要求1所述的在轨展开式卫星结构，其特征在于，星体模块(1)实现在轨展开后，在星体模块(1)之间形成中空的安装空间。
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