CN106542126A - 一种适用于微纳卫星的卫星对接锁及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于微纳卫星的卫星对接锁及其工作方法，本发明提供的卫星对解锁包括接纳锥和对接杆；所述接纳锥与所述对接杆分别置于两颗卫星外部；所述接纳锥为空腔结构；所述接纳锥的内径与对接杆的外径相匹配；所述接纳锥内表面有卡扣，所述对接杆上设有档位圈；所述档位圈与卡扣相配合。
Description
技术领域
本发明适用于微纳卫星空间对接领域，特别涉及一种适用于微纳卫星的卫星对接锁及其工作方法。
背景技术
国际上早在20世纪60年代初期就开始了空间对接技术的研究，到目前为止已经十分成熟，但是这种对接技术主要用于载人航天器与空间站的对接，空间站与货运飞船之间的对接以及大型空间站的在轨装配，大部分需要航天员手动操作控制或地面系统的测量、控制。
目前，世界各国积极探索小卫星、微纳卫星在轨服务能力，并将其应用到发射任务中。但是，现有对接锁紧机构大部分采用机械式机构，结构相关比较复杂，体积大，对卫星本身的控制要求高，不适用微纳卫星在轨对接。因此，面向微纳卫星间的在轨对接，一种质量轻、体积小、结构简单、易于操作的低成本对接锁紧机构成为新的需求。
发明内容
本方面的目的是在于提出一种适用于微纳卫星的卫星对接锁及其工作方法，提升微纳卫星在轨服务能力，解决当前机械式对接锁紧机构设计复杂，体积大，控制要求高，可靠性低等缺点，不适用微纳卫星在轨对接的问题。
本发明提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁，包括接纳锥和对接杆；所述接纳锥与所述对接杆分别置于两颗卫星外部；所述接纳锥为空腔结构；所述接纳锥的内径与对接杆的外径相匹配；所述接纳锥内表面有卡扣，所述对接杆上设有档位圈；所述卡扣与所述档位均是由弹性材料制成的；所述档位圈与卡扣相配合。
进一步，所述接纳锥外表面为圆柱形，所述空腔结构包括沉头孔和对接腔；所述沉头孔的形状与对接杆的头部形状相匹配。
进一步，所述接纳锥内设有至少三个卡扣；所述卡扣为半球状；所述弹性材料为聚酰亚胺；
进一步，所述对接杆包括：对接舌；位于所述对接舌一端的对接凸顶；位于所述对接舌另外一端的对接螺杆；围绕所述对接舌的档位圈；所述对接舌与对接腔匹配，对接凸顶与沉头孔匹配；所述档位圈与卡扣配合限定对接舌在对接腔内的位置。
进一步，所述对接凸顶为圆锥形；所述沉头孔为顶端为圆台状的锥形孔。
进一步，所述对接凸顶或沉头孔表面安装有压敏电阻；所述压敏电阻测量对接凸顶与沉头孔之间的压敏电阻值；所述压敏电阻与外部控制电路连接。
进一步，还包括安装于接纳锥的第一磁线圈和安装于对接杆的第二磁线圈。
本发明还提供所述卫星对解锁的工作方法，对接时，磁线圈通电，对接杆与接纳锥产生吸引力，对接杆滑入接纳锥；沉头孔与对接凸顶之间的压敏电阻达到预设值时，停止通电，档位圈与卡扣配合卡合。
本发明还提供所述卫星对解锁的工作方法，分离时，磁线圈通电，对接杆与接纳锥产生排斥力，对接杆与接纳锥分离，档位圈与卡扣卡合解除。
本发明的优点包括：
对接时，两颗微纳卫星靠近后，外力作用下相互吸引，携带对接杆的微纳卫星的对接杆滑入到另一颗微纳卫星的接纳锥，并锁定，完成对接；分离时，过程相反。整个装置结构简单，操作方便。
进一步，圆锥形对接凸顶与接纳锥之间能够进行点接触碰撞，点接触碰撞便于对接杆滑入接纳锥。对接杆的外部设有档位圈，对接腔内设有至少三个半球状卡扣，可以进行锁定，增加安全性。圆台形的沉头孔防止碰撞损坏。
附图说明
图1是本发明实施例提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁的接纳锥示意图。
图2是本发明实施例提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁的对接杆示意图。
图3是本发明实施例提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁的对接状态示意图。
图4是本发明实施例提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁工作过程示意图。
附图标记说明：1为接纳锥、11为对接腔、12为沉头孔、13卡扣、2为对接杆、21为安装螺杆、22对接凸顶、23为档位圈、24为对接舌、3为电磁线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式详细说明本发明。具体实施方式依赖于发明内容，不代表对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本发明实施例提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁包括：接纳锥1和对接杆2。接纳锥是包含空腔结构的圆柱体，这种圆柱体属于回转体，易于采用机械进行加工。采用车床在圆柱体的一个底面上加工出一个对接腔11。在对接腔11底部加工出沉头孔12。在对接腔壁上用钻床加工出至少三个丝孔。丝孔内安装有螺杆。螺杆上安装有卡扣13，所述卡扣13为半球状，可以限定对接杆在接纳锥内的位置，还可以调节对接腔内的空间。卡扣是由聚酰亚胺制成的。聚酰亚胺是一种非金属弹性材料，在极冷条件下，材料仍然不变性。由三个卡扣组成的圆面与对接腔圆柱体面平行。沉头孔12的形状与对接杆的对接凸顶相匹配，本实施例中沉头孔12的底部作为圆形面，沉头孔12为圆台状，以减少与对接杆对接时接触面的受力，对接纳锥形成保护。
如图2所示，对接杆由安装螺杆21、对接舌24、对接凸顶22和档位圈23构成。对接舌24是圆柱体。其外形尺寸小于对接腔11。对接腔11上安装有档位圈。档位圈由聚酰亚胺制成。调整对接腔的腔内尺寸，使安装档位圈后的对接舌能够在对接腔11内滑动，但由卡扣限位。
继续参考图2，对接舌顶部安装有对接凸顶22。在对接舌顶部安装对接凸顶22，便于安装用于测量对接杆滑入接纳锥深度的压敏电阻。压敏电阻也可以安装于沉头孔。对接凸顶22与沉头孔12形状相似、尺寸相近且在两者之间设置压敏电阻，能够通过信号来判断对接是否成功。具体地说，压敏电阻接入对接控制电路，设定压敏电流域值。在外力作用下，比如电磁力，对接杆滑入接纳锥；当对接杆上的对接凸顶22与接纳锥内的沉头孔12之间发生挤压时，外力在压敏电阻上生产压敏电流。该压敏电流超过压敏电流域值时，控制电路将发出指令停止外力施加，卡扣对档位圈产生阻挡，防止对接杆滑出。分离时过程相反，外力使档位圈克服卡扣阻力，对接杆滑出接纳锥。
综上，采用半球状卡扣使得接纳锥1与对接杆2之间的接触面积最小。在两颗微纳卫星对接时，安装于对接舌的档位圈23挤压卡扣13。当档位圈23通过卡扣13后，卡扣13阻碍档位圈23使两颗微纳卫星不能自行分离。
对接舌底部设有安装螺杆21。采用安装螺杆21能够将对接杆2方便地安装于卫星上。
如图3所示，接纳锥1与对接杆2分别安装于两颗微纳卫星表面。当两颗微纳卫星在轨相遇时，地面向两颗微纳卫星发出对接指令，要求其完成对接。一颗微纳卫星上安装的对接杆2滑入另一颗微纳卫星的接纳锥1内。
对接凸顶22采用圆锥形，则两颗微纳卫星在对接碰撞时是点接触碰撞。采用点接触碰撞使得携带对接杆2的微纳卫星容易在携带接纳锥1的微纳卫星外沿微纳卫星表面寻找对接腔11。为了防止碰撞力对对接锁产生破坏，沉头孔底部为圆台状。
两颗微纳卫星对接过程如下：磁线圈3通电，首先，对接杆2进入接纳锥。然后，卡扣与档位圈相互挤压后，档位圈通过卡扣。接着，对接凸顶与沉头孔相互碰撞后，对接完成。
如图4所示，在两颗微纳卫星对接与分离过程中用磁力控制。对接锁由接纳锥1、对接杆2和磁力棒3组成。接纳锥1、对接杆2分别设置于微纳卫星外。在接纳锥1和对接杆2之间设置磁力棒。这种磁力棒由铁芯和电磁线圈3组成。电磁线圈两端接于控制电路。当两颗在轨微纳卫星接近到磁力作用范围内，地面指挥中心向微纳卫星发出对接指令，电磁线圈通电，磁力产生。一颗微纳卫星对接杆与另一颗微纳卫星的接纳锥之间在引力作用下开始对接。
当两颗在轨微纳卫星分离时，地面指挥中心向微纳卫星发出分离指令，电磁线圈通电，磁力产生。一颗微纳卫星对接杆与另一颗微纳卫星的接纳锥在斥力作用下开始分离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (9)
1.一种适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，包括接纳锥和对接杆；所述接纳锥与所述对接杆分别置于两颗卫星外部；所述接纳锥为空腔结构；所述接纳锥的内径与对接杆的外径相匹配；所述接纳锥内表面有卡扣；所述对接杆上设有档位圈；所述档位圈与卡扣相配合。
2.依据权利要求1所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述接纳锥包括：所述接纳锥外表面为圆柱形，所述空腔结构包括相通的沉头孔和对接腔；所述沉头孔的形状与对接杆的头部形状相匹配。
3.根据权利要求1所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述接纳锥内设有至少三个卡扣。
4.根据权利要求3所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述卡扣为半球状。
5.依据权利要求1所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述对接杆包括：对接舌；位于所述对接舌一端的对接凸顶；位于所述对接舌另外一端的对接螺杆；围绕所述对接舌的档位圈；所述对接舌与对接腔匹配，对接凸顶与沉头孔匹配；所述档位圈与卡扣配合限定对接舌在对接腔内的位置。
6.依据权利要求5所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述对接凸顶或沉头孔表面安装有压敏电阻；所述压敏电阻测量对接凸顶与沉头孔之间的压敏电阻值；所述压敏电阻与外部控制电路连接。
7.依据权利要求1所述的适用于微纳卫星的卫星对接锁，其特征在于，所述外力为磁力，所述磁力由铁芯外缠绕的电磁线圈通电后产生。
8.权利要求1至7中至少一项提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁的工作方法，其特征在于，对接时，磁线圈通电，对接杆与接纳锥产生吸引力，对接杆滑入接纳锥；沉头孔与对接凸顶之间的压敏电阻达到预设值时，停止通电，档位圈与卡扣配合卡合。
9.权利要求1至7中至少一项提供的适用于微纳卫星的卫星对接锁的工作方法，其特征在于，分离时，磁线圈通电，对接杆与接纳锥产生排斥力，对接杆与接纳锥分离，档位圈与卡扣卡合解除。
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