CN106324943A - 一种空间相机柔性自展开遮光罩 - Google Patents

一种空间相机柔性自展开遮光罩 Download PDF

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Abstract

一种空间相机柔性自展开遮光罩包括结构功能完全相同的5个弹性支撑结构、5个结构功能完全相同的连接支座、遮光蒙皮3、锁紧绳4、2个火工切割器、安装法兰6，进行相机总装时，安装法兰6安装在相机镜头位置，当卫星入轨后，第一火工切割器5或者第二火工切割器5起爆切断锁紧绳4，弹性支撑结构1带动遮光蒙皮3自展开，形成遮光罩。本发明遮光罩解决了现有的机构式可展开结构质量大、机构复杂的缺点，降低了遮光罩的结构质量和发射成本，同时解决柔性充气展开结构展开精度低、刚度差、系统复杂性高的缺点，具有较好的适用价值。

Description

一种空间相机柔性自展开遮光罩
技术领域
本发明涉及空间可展开薄膜结构领域，特别是一种空间相机柔性自展开遮光罩，适合于大型空间遥感相机，尤其是可在发射入轨前折叠包装、入轨后解除约束进行自展开的遮光罩。
背景技术
空间遥感相机光学系统设计需要考虑杂散光对光学系统的影响，现有的解决措施包括
1)在光学系统遮光罩内表面采取技术措施，通过直接减少、多次反射或吸收视场外入射光等方法使杂散光能量衰减或吸收，达到杂散光能量衰减的目的，比如，在光学系统内部表面上设置挡光环和设计多级型遮光罩；
2)通过加长遮光罩来达到杂散光抑制的目的，现有的加长遮光罩技术一般采用可展开式遮光罩，其中，可展开式遮光罩需要在发射时进行折叠、入轨后再展开，其受限于运载的发射空间和发射重量，必须保证具有较轻的重量和较高的可靠度。
现有的可展开遮光罩技术主要包括机构展开式、充气展开式，机构展开式遮光罩一般采用机械铰链作为展开单元，使用电机提供驱动力展开，此类机构经多年开发技术基础较好，但此类机构的展开单元多，压缩比较低，质量较大，需要外部提供展开驱动力。
充气展开式遮光罩以充气作为展开动力，对遮光罩的展开单元充气，使其展开成为遮光罩，充气展开式遮光罩展开后一般采用结构或材料的刚化技术，即结构自刚化使其具有一定的刚度。充气展开式遮光罩质量轻、压缩比高，但式展开精度较低，展开时需要高压气源提供驱动力，必须配套控制阀门等装置，增加了系统的复杂程度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间相机柔性自展开遮光罩，通过将空间相机遮光罩设计为柔性自展开薄膜结构，解决了现有的机构式可展开结构质量大、机构复杂的缺点，降低了遮光罩的结构质量和发射成本，更有效的利用了发射空间，同时解决柔性充气展开结构展开精度低、刚度差、系统复杂性高的缺点，具有较好的适用价值。
本发明的技术解决方案是：一种空间相机柔性自展开遮光罩，包括结构功能完全相同的第1弹性支撑结构、第2弹性支撑结构、第3弹性支撑结构、第4弹性支撑结构、第5弹性支撑结构、第1连接支座、第2连接支座、第3连接支座、第4连接支座、第5连接支座、遮光蒙皮、锁紧绳、第1火工切割器、第2火工切割器、安装法兰，其中
遮光蒙皮3均匀设有5个连接套，连接套上设有扣袢，火工切割器设有穿绳孔，安装法兰为弧形，两端分别设有凸台，凸台上设有凹槽，第1连接支座、第2连接支座、第3连接支座、第4连接支座、第5连接支座均匀安装在安装法兰上，第1火工切割器安装在安装法兰一端凸台，第2火工切割器安装在安装法兰另一端凸台，第i弹性支撑结构安装于第i连接支座中，i＝1，2，3…，5，第i弹性支撑结构套入遮光蒙皮的第i个连接套中，锁紧绳一端固定连接在安装法兰的一端凸台的凹槽，另一端依次穿过遮光蒙皮所有扣袢、火工切割器穿绳孔，遮光蒙皮、各个弹性支撑结构折叠形成折叠体，锁紧绳另一端放入安装法兰的另一端凸台凹槽中，施加预紧力将折叠体固定于安装法兰另一端，并固定在安装法兰另一端凸台凹槽中；进行相机总装时，安装法兰安装在相机镜头位置，当卫星入轨后，第1火工切割器或者第2火工切割器起爆切断锁紧绳，弹性支撑结构带动遮光蒙皮自展开，形成遮光罩。
所述的遮光蒙皮、各个弹性支撑结构折叠形成折叠体的方法是采用“Z形+卷曲”形式进行折叠形成折叠体。
所述的弹性支撑结构能够进行折叠和自展开，在自由折叠情况下不发生屈服变形与断裂破坏，在展开过程中无需外接能量驱动就可以恢复折叠前形状。
所述的弹性支撑结构为铍青铜豆荚杆，其中，铍青铜豆荚杆为两片铍青铜豆荚片通过焊接形成，铍青铜豆荚片采用QBe2的铍青铜，截面形状为Ω形。
所述的遮光蒙皮包括光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层，光学功能层采用黑色聚酰亚胺薄膜材料，第一粘接层、第二粘接层分别设置为光学功能层两侧，第一粘接层、第二粘接层采用聚酰亚胺绸布，第一耐空间环境覆盖第一粘接层外层，第二耐空间环境层覆盖第二粘接层外层，第一耐空间环境层、第二耐空间环境层采用耐原子氧聚酰亚胺薄膜，光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层之间采用粘接剂进行复合。
所述的遮光蒙皮的面密度不大于300g/m2。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明遮光罩与机械式可展开遮光罩相比，具有更高的压缩比，结构可减重超过70％，需要的机构单元更少、不需外部提供展开驱动力，展开可靠性更高；
(2)本发明遮光罩与充气式可展开遮光罩相比，均为轻质可展开结构，但是不需要外部提供展开驱动力，只需要提供电流驱动火工切割器，压缩比与充气展开结构相当，但展开后的刚度更好、展开精度更高。
附图说明
图1为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩展开后主视图、俯视图；
图2为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构1与遮光蒙皮3连接套安装关系截面示意图；
图3为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩Z形折叠后示图；
图4为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩Z形+卷曲后示图；
图5为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构截面示意图；
图6为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构中两片铍青铜豆荚片焊接结构示意图；
图7为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中遮光蒙皮3材料组成结构示意图；
图8为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中遮光蒙皮3结构示意图；
图9为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩柔性自展开外形轮廓图。
具体实施方式
本发明针对现有技术的不足，提出一种空间相机柔性自展开遮光罩，通过将空间相机遮光罩设计为柔性自展开薄膜结构，解决了现有的机构式可展开结构质量大、机构复杂的缺点，降低了遮光罩的结构质量和发射成本，更有效的利用了发射空间，同时解决柔性充气展开结构展开精度低、刚度差、系统复杂性高的缺点，具有较好的适用价值，下面结合附图对本发明遮光罩进行详细说明。
如图1所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩展开后主视图、俯视图，如图2所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构1与遮光蒙皮3连接套安装关系截面示意图，如图3所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩Z形折叠后示图，如图4所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩Z形+卷曲后示图，包括5个结构功能完全相同的弹性支撑结构1、5个结构功能完全相同的连接支座2、遮光蒙皮3、锁紧绳4、2个结构功能完全相同的火工切割器5、安装法兰6。
如图5所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构截面示意图，弹性支撑结构1能够进行折叠和自展开，在自由折叠情况下不发生屈服变形与断裂破坏，在展开过程中无需外接能量驱动就可以恢复折叠前形状，其为铍青铜豆荚杆，其中，铍青铜豆荚杆为两片铍青铜豆荚片通过焊接形成，如图6所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中弹性支撑结构中两片铍青铜豆荚片焊接结构示意图，铍青铜豆荚片采用QBe2的铍青铜，截面形状为Ω形，
如图7所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中遮光蒙皮3材料组成结构示意图遮光蒙皮3包括光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层，光学功能层采用黑色聚酰亚胺薄膜材料，第一粘接层、第二粘接层分别设置为光学功能层两侧，第一粘接层、第二粘接层采用聚酰亚胺绸布，第一耐空间环境覆盖第一粘接层外层，第二耐空间环境层覆盖第二粘接层外层，第一耐空间环境层、第二耐空间环境层采用耐原子氧聚酰亚胺薄膜，光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层之间采用粘接剂进行复合，遮光蒙皮3的面密度不大于300g/m2，如图8所示为本发明一种空间相机柔性自展开遮光罩中遮光蒙皮3结构示意图，遮光蒙皮3均匀设有5个连接套，连接套上设有扣袢，火工切割器5设有穿绳孔，安装法兰6为弧形，两端分别设有凸台，凸台上设有凹槽，第一连接支座2、第二连接支座2、第三连接支座2、第四连接支座2、第五连接支座2均匀安装在安装法兰6上，第一火工切割器5安装在安装法兰6一端凸台，第二火工切割器5安装在安装法兰6另一端凸台，第i弹性支撑结构1安装于第i连接支座2中，i＝一，二，三，…，五，第i弹性支撑结构1套入遮光蒙皮3的第i个连接套中，锁紧绳4一端固定连接在安装法兰6的一端凸台的凹槽，另一端依次穿过遮光蒙皮3所有扣袢、火工切割器5穿绳孔，遮光蒙皮3、各个弹性支撑结构1采用“Z形+卷曲”形式折叠形成折叠体，锁紧绳4另一端放入安装法兰6的另一端凸台凹槽中，施加预紧力将折叠体固定于安装法兰6另一端，并固定在安装法兰6另一端凸台凹槽中；进行相机总装时，安装法兰6安装在相机镜头位置，当卫星入轨后，第一火工切割器5或者第二火工切割器5起爆切断锁紧绳4，弹性支撑结构1带动遮光蒙皮3自展开，锁紧绳4从遮光蒙皮3的扣袢和安装法兰6的凸台凹槽中依次滑出，形成遮光罩，如图9所示为一种空间相机柔性自展开遮光罩柔性自展开外形轮廓图，本发明遮光罩中弹性支撑结构1具有一定的刚度，可实现结构自锁功能。
本发明遮光罩中遮光蒙皮3不透光、内表面太阳吸收率高、迎风外表面抗原子氧化及抗撕裂性能及柔韧性好，其采用多层复合薄膜结构，适用缝合工艺加工成型。
本发明遮光罩与现有技术相比，能够实现发射入轨前折叠锁紧、入轨后解锁自展开、展开后在轨自锁定等功能，具有结构简单、重量轻、占用发射体积小、折叠效率高、展开过程无需外界能量驱动、展开后自锁定等特点，在遥感相机领域中具有很高的实用价值，可大大降低发射成本。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于包括结构功能完全相同的第一弹性支撑结构(1)、第二弹性支撑结构(1)、第三弹性支撑结构(1)、第四弹性支撑结构(1)、第五弹性支撑结构(1)、第一连接支座(2)、第二连接支座(2)、第三连接支座(2)、第四连接支座(2)、第五连接支座(2)、遮光蒙皮(3)、锁紧绳(4)、第一火工切割器(5)、第二火工切割器(5)、安装法兰(6)，其中
遮光蒙皮(3)均匀设有5个连接套，连接套上设有扣袢，火工切割器(5)设有穿绳孔，安装法兰(6)为弧形，两端分别设有凸台，凸台上设有凹槽，第一连接支座(2)、第二连接支座(2)、第三连接支座(2)、第四连接支座(2)、第五连接支座(2)均匀安装在安装法兰(6)上，第一火工切割器(5)安装在安装法兰(6)一端凸台，第二火工切割器(5)安装在安装法兰6)另一端凸台，第i弹性支撑结构(1)安装于第i连接支座(2)中，i＝一，二，三，…，五，第i弹性支撑结构(1)套入遮光蒙皮(3)的第i个连接套中，锁紧绳(4)一端固定连接在安装法兰(6)的一端凸台的凹槽，另一端依次穿过遮光蒙皮(3)所有扣袢、火工切割器(5)穿绳孔，遮光蒙皮(3)、各个弹性支撑结构(1)折叠形成折叠体，锁紧绳(4)另一端放入安装法兰(6)的另一端凸台凹槽中，施加预紧力将折叠体固定于安装法兰(6)另一端，并固定在安装法兰(6)另一端凸台凹槽中；进行相机总装时，安装法兰(6)安装在相机镜头位置，当卫星入轨后，第一火工切割器(5)或者第二火工切割器(5)起爆切断锁紧绳(4)，弹性支撑结构(1)带动遮光蒙皮(3)自展开，形成遮光罩。
2.根据权利要求1所述的一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于：所述的遮光蒙皮(3)、各个弹性支撑结构(1)折叠形成折叠体的方法是采用“Z形+卷曲”形式进行折叠形成折叠体。
3.根据权利要求1或2所述的一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于：所述的弹性支撑结构(1)能够进行折叠和自展开，在自由折叠情况下不发生屈服变形与断裂破坏，在展开过程中无需外接能量驱动就可以恢复折叠前形状。
4.根据权利要求3所述的一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于：所述的弹性支撑结构(1)为铍青铜豆荚杆，其中，铍青铜豆荚杆为两片铍青铜豆荚片通过焊接形成，铍青铜豆荚片采用QBe2的铍青铜，截面形状为Ω形。
5.根据权利要求1或2所述的一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于：所述的遮光蒙皮(3)包括光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层，光学功能层采用黑色聚酰亚胺薄膜材料，第一粘接层、第二粘接层分别设置为光学功能层两侧，第一粘接层、第二粘接层采用聚酰亚胺绸布，第一耐空间环境覆盖第一粘接层外层，第二耐空间环境层覆盖第二粘接层外层，第一耐空间环境层、第二耐空间环境层采用耐原子氧聚酰亚胺薄膜，光学功能层、第一耐空间环境层、第二耐空间环境层、第一粘接层、第二粘接层之间采用粘接剂进行复合。
6.根据权利要求1或2所述的一种空间相机柔性自展开遮光罩，其特征在于：所述的遮光蒙皮(3)的面密度不大于300g/m2。
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