CN105416615B - 一种微小卫星分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小卫星分离装置，其设置在固定架上，所述固定架安装在基座上，所述微小卫星分离装置包括导向机构、锁紧机构、预紧机构以及释放机构，所述导向机构设置在所述固定架上并且与卫星配合，用于对卫星定向约束并且推动卫星分离，所述卫星通过所述锁紧机构固定在所述固定架上，所述释放机构与所述预紧机构配合，用以控制所述预紧机构以及锁紧机构解除对所述卫星的固定。本发明公开的分离装置具有联动式、模块化、轻质量以及低冲击的特点。

Description

一种微小卫星分离装置

技术领域

本发明涉及一种航天设备领域，尤其是涉及一种微小卫星分离装置。

背景技术

随着微纳技术、集成化综合电子等技术的发展以及卫星设计思路的创新，小型化成为未来卫星发展的必然趋势。2013年全球发射的小卫星占总发射卫星数量的70％以上，未来全球对1～50kg微纳卫星的年需求量将持续增加。

传统的卫星分离多采用离散分布的火工品点式和对接框式包带连接分离方案，前者的分离冲击大、同步指标低，后者附加质量大。虽然火工装置具有功能可靠、作用速度快、重量与体积小、标准化等一系列优点，但是微纳卫星质量轻、体积小，如果采用传统的火工分离方式，分离产生的冲击将会对卫星分离姿态造成较大影响，导致卫星不能按照设定的飞行姿态入轨，而且火药燃烧或者爆炸产生的有害气体可能会污染光学仪器等。因此，传统的卫星分离方案已经无法满足当前和未来微纳卫星的分离需求。

目前国外针对质量1kg、边长100mm的微纳卫星分离装置的标准化、模块化设计技术已经比较成熟。国外针对质量在1～50kg的微纳卫星无标准化和模块化分离装置，国外研制出来的针对该质量范围的分离装置质量占到卫星质量的50％以上，特别是日本的卡爪分离装置T-POD(Tokyo Pico-satellite Orbital Deplorer，T-POD)，分离装置质量占到卫星质量的71.4％。国外目前针对质量在1～50kg的微纳卫星分离装置质量较重，给卫星发射增加额外成本，国内由于微纳卫星的研制处于起步阶段，针对微纳卫星连接分离技术尚处于空白。

总之，目前市场上缺乏一种具有联动式、模块化、轻质量以及低冲击特点的微纳卫星连接分离装置。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种微小卫星分离装置，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种微小卫星分离装置，其设置在固定架上，所述固定架安装在基座上，所述微小卫星分离装置包括导向机构、锁紧机构、预紧机构以及释放机构，所述导向机构设置在所述固定架上并且与卫星配合，用于对卫星定向约束并且推动卫星分离，所述卫星通过所述锁紧机构固定在所述固定架上，所述释放机构与所述预紧机构配合，用以控制所述预紧机构以及锁紧机构解除对所述卫星的固定。

较佳的，所述导向机构包括成同轴线安装的导向筒、圆柱推杆、圆柱压缩弹簧、导向筒上压盖以及上压盖，所述导向筒安装在所述固定架上，并且穿过所述卫星中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧与所述圆柱推杆设置在所述导向筒内，所述导向筒上压盖固定在所述导向筒的上端，并且所述圆柱推杆一端与所述圆柱压缩弹簧抵触连接另一端穿过所述导向筒上盖的中心圆柱孔形成间隙配合，所述上压盖与所述卫星上表面固定连接，并且所述上压盖的下表面与所述圆柱推杆的上表面抵触连接。

较佳的，所述锁紧机构包括卡爪、拉簧、拉簧固定座以及限位销钉，所述卡爪上端为倾斜面，其与所述卫星底部的倾斜面抵触连接，从而将所述卫星固定在所述固定架上，所述卡爪下端为圆弧面，其与所述固定架的弧形面抵触连接，从而构成回转中心，所述拉簧固定座固定上所述固定架上，所述拉簧设置在所述拉簧固定座上，并且其与所述卡爪的外侧连接，所述卡爪的内侧上连接有钢丝绳，所述限位销钉安装在所述卫星与所述固定架构成的圆柱孔中用以限制所述卫星的六个自由度。

较佳的，所述释放机构包括形状记忆合金、预紧螺母、切槽螺栓、捕获帽以及缓冲垫，所述形状记忆合金穿过所述切槽螺栓，当所述记忆合金膨胀时，能够将所述切槽螺栓胀断，所述切槽螺栓穿过所述固定架上的圆柱孔，所述预紧螺母与所述切槽螺栓相连，所述捕获帽安装在所述固定架上并且两端与所述缓冲垫连接，所述切槽螺栓端头与所述预紧螺母末端各加工有用来穿过钢丝绳的通孔。

较佳的，所述导向机构包括成同轴线安装的圆柱导向筒、上弹簧座、下弹簧座、圆柱压缩弹簧以及上压盖，所述圆柱导向筒安装在所述基座上，并且穿过所述卫星中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧、所述上弹簧座以及所述下弹簧座安装在所述圆柱导向筒内，所述下弹簧座固定在所述基座上，所述上压盖与所述卫星的上表面连接，所述上弹簧座与所述上压盖连接。

较佳的，所述锁紧机构包括对接环、斜块压盖、滑轮、滑轮轴、压紧斜块以及压缩弹簧，所述基座上开设有滑槽，所述压紧斜块设置在所述滑槽内，所述对接环连接在所述卫星上，并且所述对接环上的倾斜接触面与所述压紧斜块的倾斜面抵触连接，所述压缩弹簧两端分别与所述对接环以及所述压紧斜块抵触连接，用以使所述压紧斜块与所述对接环分离，所述滑轮轴穿过所述滑轮后，将所述滑轮安装在所述压紧斜块上的轴孔处，所述斜块压盖固定在所述滑槽上，所述滑轮的滑道上设置有钢丝绳。

较佳的，所述释放机构包括形状记忆合金、预紧螺母、切槽螺栓、捕获帽以及连接板，所述形状记忆合金穿过所述切槽螺栓，所述切槽螺栓穿过所述连接板上的圆柱孔，所述预紧螺母与所述切槽螺栓相连，所述捕获帽安装在所述连接板上并且两端与所述缓冲垫连接，所述连接板安装在所述基座上，并且所述切槽螺栓的端头和所述预紧螺母的末端各加工有用来穿过所述钢丝绳的通孔。

较佳的，所述预紧机构包括螺纹管以及两个通孔预紧螺栓，两所述通孔预紧螺栓分别拧在所述螺纹管的两端，所述钢丝绳与所述预紧螺栓连接，通过拧动所述预紧螺栓来调节所述钢丝绳的长度进而预紧钢丝绳。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明的导向机构、锁紧机构、预紧机构和释放机构，结构简单、紧凑，能够使被固定物的所有自由度完全被限制，且锁紧机构中可以根据不同锁紧力的需要来调节增力比，解锁过程冲击极小，对航天器本体及被分离对象的姿态及稳定性控制无影响，并且锁紧机构、预紧机构以及释放机构能够达到联动式分离效果；导向机构能将卫星与固定架之间分离，此外在卫星分离过程中导向筒对卫星有横向约束，减少卫星的偏转角度；能够联动式的将卫星与固定架分离，使用可靠，且卡爪可以根据不同锁紧力的需要来调节增力比；释放机构的结构简单，效果可靠；预紧机构能够调节钢丝绳的长度。

附图说明

图1为本发明的实施例一、二、三、七的俯视图；

图2为本发明的实施例一、二、三、七的刨面图；

图3为本发明的实施例四、五、六、七的俯视图；

图4为本发明的实施例四、五、六、七的刨面图；

图5为图4的A部放大示意图。

图中：1-导向筒；2-圆柱推杆；3-圆柱压缩弹簧；4-导向筒上压盖；5-上压盖；6-卡爪；7-拉簧；8-拉簧固定座；9-限位销钉；10-钢丝绳；11-形状记忆合金；12-预紧螺母；13-切槽螺栓；14-捕获帽；15-缓冲垫；16-圆柱导向筒；17-上弹簧座；18-下弹簧座；19-对接环；20-斜块压盖；21-滑轮；22-滑轮轴；23-压紧斜块；24-压缩弹簧；25-连接板；26-螺纹管；27-通孔预紧螺栓；28-卫星。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1、图2所示，一种微小卫星分离装置，其设置在固定架上，所述固定架(图中未标出)安装在基座(图中未标出)上，所述微小卫星分离装置包括导向机构、锁紧机构、预紧机构以及释放机构，所述导向机构设置在所述固定架上并且与卫星28配合，用于对卫星28定向约束并且推动卫星28分离，所述卫星28通过所述锁紧机构固定在所述固定架上，所述释放机构与所述预紧机构配合，用以控制所述预紧机构以及锁紧机构解除对所述卫星28的固定；其中，导向机构主要限制卫星28的自由度，锁紧机构则是将卫星28固定在固定架上，预紧机构能够调节锁紧机构的锁紧程度，并且与释放机构配合，来使卫星28与固定架分离，与现有的分离技术相比，本发明的导向机构、锁紧机构、预紧机构和释放机构，结构简单、紧凑，能够使被固定物的所有自由度完全被限制，且锁紧机构中可以根据不同锁紧力的需要来调节增力比，解锁过程冲击极小，对航天器本体及被分离对象的姿态及稳定性控制无影响，并且锁紧机构、预紧机构以及释放机构能够达到联动式分离效果。

在实施例一中，所述导向机构包括成同轴线安装的导向筒1、圆柱推杆2、圆柱压缩弹簧3、导向筒上压盖4以及上压盖5，所述导向筒1安装在所述固定架上，并且穿过所述卫星28中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧3与所述圆柱推杆2设置在所述导向筒1内，并且圆柱压缩弹簧3在下，圆柱推杆2在上，前者给后者提供弹力，所述导向筒上压盖4固定在所述导向筒1的上端，并且所述圆柱推杆2一端与所述圆柱压缩弹簧3抵触连接另一端穿过所述导向筒1上盖的中心圆柱孔形成间隙配合，所述上压盖5与所述卫星28上表面固定连接，并且所述上压盖5的下表面与所述圆柱推杆2的上表面抵触连接；当锁紧机构解除对卫星28的束缚后，卫星28在导向机构内置的圆柱压缩弹簧3的作用下推动圆柱推杆2向上运动，由于圆柱推杆2与卫星28上表面安装的上压盖5接触，这样就能够使圆柱推杆2在圆柱压缩弹簧3作用下推动卫星28上安装的上压盖5向上运动，从而将卫星28与固定架之间分离；此外在卫星28分离过程中导向筒1对卫星28有横向约束，减少卫星28的偏转角度。

在实施例二中，所述锁紧机构包括卡爪6、拉簧7、拉簧固定座8以及限位销钉9，所述卡爪6上端为倾斜面，其与所述卫星28底部的倾斜面抵触连接，从而将所述卫星28固定在所述固定架上，所述卡爪6下端为圆弧面，其与所述固定架的弧形面抵触连接，从而构成回转中心，所述拉簧固定座8固定上所述固定架上，所述拉簧7设置在所述拉簧固定座8上，并且其与所述卡爪6的外侧连接，所述卡爪6的内侧上连接有钢丝绳10，所述限位销钉9安装在所述卫星28与所述固定架构成的圆柱孔中用以限制所述卫星28的六个自由度；在使用时，通过预紧机构装置调节钢丝绳10张力从而带动卡转绕与固定架接触的圆弧接触面旋转，卡爪6一端倾斜面给卫星28底部倾斜面正压力，此外在卫星28与固定架接触面之间安装圆柱销钉，最终限制卫星28六个自由度；解除钢丝绳10张力后，在锁紧装置拉簧7的作用下，卡爪6绕圆弧接触面旋转从而解除对卫星28的锁紧；该设计结构简单，能够联动式的将卫星28与固定架分离，使用可靠，且卡爪6可以根据不同锁紧力的需要来调节增力比。

在实施例三中，所述释放机构包括形状记忆合金11、预紧螺母12、切槽螺栓13、捕获帽14以及缓冲垫15，所述形状记忆合金11穿过所述切槽螺栓13，当所述记忆合金膨胀时，能够将所述切槽螺栓13胀断，所述切槽螺栓13穿过所述固定架上的圆柱孔，所述预紧螺母12与所述切槽螺栓13相连，所述捕获帽14安装在所述固定架上并且两端与所述缓冲垫15连接，所述切槽螺栓13端头与所述预紧螺母12末端各加工有用来穿过钢丝绳10的通孔；形状记忆合金11工作胀断切槽螺栓13，胀断的切槽螺栓13在钢丝绳10的张力作用下分离，分离过程中捕获帽14起到防止胀断的切槽螺栓13窜动作用；捕获帽14两端安装的缓冲垫15起到降低切槽螺栓13分离冲击的作用。

其工作过程为，锁紧时，钢丝绳10按照设计的轨迹布置好后，在预紧机构作用下张紧钢丝绳10，张紧的钢丝绳10带动卡爪6绕圆弧接触面旋转，卡爪6一端倾斜面给卫星28底部倾斜面正压力，最终锁紧卫星28；释放时，地面给予释放信号后，释放机构的形状记忆合金11工作胀断切槽螺栓13，切槽螺栓13在钢丝绳10张力作用下分离，与此同时，锁紧机构中拉簧7带动卡爪6绕圆弧接触面旋转解除对卫星28束缚，卫星28在导向机构内置圆柱压缩弹簧3作用下实现分离。

如图3、图4、图5所示，在实施例四中，所述导向机构包括成同轴线安装的圆柱导向筒16、上弹簧座17、下弹簧座18、圆柱压缩弹簧3以及上压盖5，所述圆柱导向筒16安装在所述基座上，并且穿过所述卫星28中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧3、所述上弹簧座17以及所述下弹簧座18安装在所述圆柱导向筒16内，所述下弹簧座18固定在所述基座上，所述上压盖5与所述卫星28的上表面连接，所述上弹簧座17与所述上压盖5连接；锁紧机构解除对卫星28的束缚后，卫星28在导向机构内置圆柱压缩弹簧3的作用下推动上弹簧座17向上运动，由于上弹簧座17与卫星28上表面安装的上压盖5接触，从而上弹簧座17在圆柱压缩弹簧3作用下推动卫星28上安装的上压盖5向上运动，卫星28实现分离；此外在卫星28分离过程中圆柱导向筒16对卫星28有横向约束，减少卫星28的偏转角度。

在实施例五中，所述锁紧机构包括对接环19、斜块压盖20、滑轮21、滑轮轴22、压紧斜块23以及压缩弹簧24，所述基座上开设有滑槽，所述压紧斜块23设置在所述滑槽内，所述对接环19连接在所述卫星28上，并且所述对接环19上的倾斜接触面与所述压紧斜块23的倾斜面抵触连接，所述压缩弹簧24两端分别与所述对接环19以及所述压紧斜块23抵触连接，用以使所述压紧斜块23与所述对接环19分离，所述滑轮轴22穿过所述滑轮21后，将所述滑轮21安装在所述压紧斜块23上的轴孔处，所述斜块压盖20固定在所述滑槽上，所述滑轮21的滑道上设置有钢丝绳10；通过预紧机构调节钢丝绳10张力从而给滑轮21一定的压力，滑轮21安装在压紧斜块23上，因此钢丝绳10给压紧斜块23一定的压力；压紧斜块23倾斜面与对接环19上的倾斜接触面接触，压力传递到对接环19上；对接环19与卫星28通过螺钉连接到一起，因此钢丝绳10上的张力最终传递到对接环19上，实现卫星28的锁紧；解除钢丝绳10张力后，在压缩弹簧24的作用下，压紧斜块23斜面与对接环19斜面分离，从而解除对卫星28的锁紧。

在实施例六中，释放机构包括形状记忆合金11、预紧螺母12、切槽螺栓13、捕获帽14以及连接板25，所述形状记忆合金11穿过所述切槽螺栓13，所述切槽螺栓13穿过所述连接板25上的圆柱孔，所述预紧螺母12与所述切槽螺栓13相连，所述捕获帽14安装在所述连接板25上并且两端与所述缓冲垫15连接，所述连接板25安装在所述基座上，并且所述切槽螺栓13的端头和所述预紧螺母12的末端各加工有用来穿过所述钢丝绳10的通孔；形状记忆合金11工作胀断切槽螺栓13，胀断的切槽螺栓13在钢丝绳10的张力作用下分离；分离过程中捕获帽14起到防止胀断的切槽螺栓13窜动作用。捕获帽14两端安装的缓冲垫15起到降低切槽螺栓13分离冲击的作用。

如图1、图2、图3、图4所示，在实施例七中，所述预紧机构包括螺纹管26以及两个通孔预紧螺栓27，两所述通孔预紧螺栓27分别拧在所述螺纹管26的两端，所述钢丝绳10与所述预紧螺栓连接，通过拧动所述预紧螺栓来调节所述钢丝绳10的长度进而预紧钢丝绳10；通过旋转两个通孔预紧螺栓27的相对位置来调节钢丝绳10长度进而达到预紧钢丝绳10的效果；预紧的钢丝绳10带动卡爪6绕圆弧接触面旋转锁紧卫星28；或者通过旋转两个通孔预紧螺栓27的相对位置来调节钢丝绳10长度进而达到预紧钢丝绳10的效果。预紧的钢丝绳10带动压紧斜块23沿基座滑槽运动，压紧斜块23斜面给对接环19斜面正压力，进而锁紧卫星28。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种微小卫星分离装置，其设置在固定架上，所述固定架安装在基座上，其特征在于：所述微小卫星分离装置包括导向机构、锁紧机构、预紧机构以及释放机构，所述导向机构设置在所述固定架上并且与卫星配合，用于对卫星定向约束并且推动卫星分离，所述卫星通过所述锁紧机构固定在所述固定架上，所述释放机构与所述预紧机构配合，用以控制所述预紧机构以及锁紧机构解除对所述卫星的固定，所述导向机构包括成同轴线安装的导向筒、圆柱推杆、圆柱压缩弹簧、导向筒上压盖以及上压盖，所述导向筒安装在所述固定架上，并且穿过所述卫星中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧与所述圆柱推杆设置在所述导向筒内，所述导向筒上压盖固定在所述导向筒的上端，并且所述圆柱推杆一端与所述圆柱压缩弹簧抵触连接另一端穿过所述导向筒上盖的中心圆柱孔形成间隙配合，所述上压盖与所述卫星上表面固定连接，并且所述上压盖的下表面与所述圆柱推杆的上表面抵触连接。

2.如权利要求1中所述的微小卫星分离装置，其特征在于：所述锁紧机构包括卡爪、拉簧、拉簧固定座以及限位销钉，所述卡爪上端为倾斜面，其与所述卫星底部的倾斜面抵触连接，从而将所述卫星固定在所述固定架上，所述卡爪下端为圆弧面，其与所述固定架的弧形面抵触连接，从而构成回转中心，所述拉簧固定座固定上所述固定架上，所述拉簧设置在所述拉簧固定座上，并且其与所述卡爪的外侧连接，所述卡爪的内侧上连接有钢丝绳，所述限位销钉安装在所述卫星与所述固定架构成的圆柱孔中用以限制所述卫星的六个自由度。

3.如权利要求2中所述的微小卫星分离装置，其特征在于：所述释放机构包括形状记忆合金、预紧螺母、切槽螺栓、捕获帽以及缓冲垫，所述形状记忆合金穿过所述切槽螺栓，当所述记忆合金膨胀时，能够将所述切槽螺栓胀断，所述切槽螺栓穿过所述固定架上的圆柱孔，所述预紧螺母与所述切槽螺栓相连，所述捕获帽安装在所述固定架上并且两端与所述缓冲垫连接，所述切槽螺栓端头与所述预紧螺母末端各加工有用来穿过钢丝绳的通孔。

4.一种微小卫星分离装置，其设置在固定架上，所述固定架安装在基座上，其特征在于：所述微小卫星分离装置包括导向机构、锁紧机构、预紧机构以及释放机构，所述导向机构设置在所述固定架上并且与卫星配合，用于对卫星定向约束并且推动卫星分离，所述卫星通过所述锁紧机构固定在所述固定架上，所述释放机构与所述预紧机构配合，用以控制所述预紧机构以及锁紧机构解除对所述卫星的固定，所述导向机构包括成同轴线安装的圆柱导向筒、上弹簧座、下弹簧座、圆柱压缩弹簧以及上压盖，所述圆柱导向筒安装在所述基座上，并且穿过所述卫星中部的圆柱孔，所述圆柱压缩弹簧、所述上弹簧座以及所述下弹簧座安装在所述圆柱导向筒内，所述下弹簧座固定在所述基座上，所述上压盖与所述卫星的上表面连接，所述上弹簧座与所述上压盖连接。

5.如权利要求4中所述的微小卫星分离装置，其特征在于：所述锁紧机构包括对接环、斜块压盖、滑轮、滑轮轴、压紧斜块以及压缩弹簧，所述基座上开设有滑槽，所述压紧斜块设置在所述滑槽内，所述对接环连接在所述卫星上，并且所述对接环上的倾斜接触面与所述压紧斜块的倾斜面抵触连接，所述压缩弹簧两端分别与所述对接环以及所述压紧斜块抵触连接，用以使所述压紧斜块与所述对接环分离，所述滑轮轴穿过所述滑轮后，将所述滑轮安装在所述压紧斜块上的轴孔处，所述斜块压盖固定在所述滑槽上，所述滑轮的滑道上设置有钢丝绳。

6.如权利要求5中所述的微小卫星分离装置，其特征在于：所述释放机构包括形状记忆合金、预紧螺母、切槽螺栓、捕获帽连接板以及缓冲垫，所述形状记忆合金穿过所述切槽螺栓，所述切槽螺栓穿过所述连接板上的圆柱孔，所述预紧螺母与所述切槽螺栓相连，所述捕获帽安装在所述连接板上并且两端与所述缓冲垫连接，所述连接板安装在所述基座上，并且所述切槽螺栓的端头和所述预紧螺母的末端各加工有用来穿过所述钢丝绳的通孔。

7.如权利要求3或5中所述的微小卫星分离装置，其特征在于：所述预紧机构包括螺纹管以及两个通孔预紧螺栓，两所述通孔预紧螺栓分别拧在所述螺纹管的两端，所述钢丝绳与所述预紧螺栓连接，通过拧动所述预紧螺栓来调节所述钢丝绳的长度进而预紧钢丝绳。