CN106542127A - 一种纳皮卫星轨道部署器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于,其包括：本体，用于承载纳皮卫星；箱盖解锁机构，用于控制箱盖的锁紧与解锁；分离弹射机构，用于推动所述纳皮卫星与所述本体快速分离；限位释放机构，用于对所述纳皮卫星进行限位和释放。与现有技术相比：本发明提供的一种纳皮卫星轨道部署器，通过采用分离弹簧组的分离弹射机构与采用记忆合金材料的限位释放机构的配合使用，不仅可以实现纳皮卫星轨道部署器的单次承载与多次定点、定姿释放的功能，而且减小了部署器的体积和质量，降低了功耗，同时在释放过程中具有低冲击的优点，同时具有良好的拓展性；本发明的释放机构结构简单、能耗低、冲击小，布置方式灵活。

Description

一种纳皮卫星轨道部署器

技术领域

本发明涉及航天设备领域，具体涉及一种纳皮卫星轨道部署器。

背景技术

皮星和纳星分别指质量在0.1～1kg和1～10kg之间的卫星。随着未来航天技术的发展及任务的多样化，具有不同功能特性的纳皮卫星可以以一定数量模块化组合进行在轨编队飞行、伴飞观测及参与星座构建等。为了满足既定的任务需求，需要研制特定的纳皮卫星轨道部署器，此部署器具有发射过程中承载多颗纳皮卫星而到达预定轨道后又可将纳皮卫星释放的功能。目前，国内外研制的纳皮卫星轨道部署器仅具有单次承载与单次全部释放的功能，即不具有单次承载与可多次定点释放的功能，不能满足纳皮卫星在轨部署任务的多样性需求。

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发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种纳皮卫星轨道部署器，其包括：

本体，用于承载纳皮卫星；

箱盖解锁机构，用于控制箱盖的锁紧与解锁；

分离弹射机构，用于推动所述纳皮卫星与所述本体分离；

限位释放机构，用于对所述纳皮卫星进行限位和释放。

较佳的，所述分离弹射机构包括：

弹射单元，用于推动所述纳皮卫星弹射分离；

导向单元，用于固定和约束所述弹射单元，并对所述纳皮卫星的分离过程进行导向。

较佳的，所述弹射单元为分离弹簧组。

较佳的，每组所述分离弹簧之间采用四点均布形式设置。

较佳的，每组所述分离弹簧劲度系数大，中径和自由高度小，以减小每组分离弹簧的装配空间。

较佳的，所述限位释放机构包括：

执行动作单元，用于触发其与所述纳皮卫星分离释放；

驱动单元，用于驱动所述执行动作单元完成触发动作。

较佳的，所述驱动单元为记忆合金簧。

较佳的，所述执行动作单元包括：

动作子单元，用于实现对所述纳皮卫星的限位与释放；

限位子单元，用于对所述动作子单元进行限位。

较佳的，所述动作子单元为限位销。

较佳的，所述本体的箱盖上设置有碟簧组件，所述碟簧组件将预紧力施加到所述纳皮卫星上。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明提供的一种纳皮卫星轨道部署器，本发明通过采用分离弹簧组的分离弹射机构与采用记忆合金材料的限位释放机构的配合使用，不仅可以实现纳皮卫星轨道部署器的单次承载与多次定点、定姿释放的功能，而且减小了部署器的体积和质量，降低了功耗，同时在释放过程中具有低冲击的优点，可以很好的保护所承载的纳皮卫星及相关电子器件的安全性；本部署器的限位释放机构由记忆合金簧来实现，结构简单、能耗低、冲击小，布置方式灵活；本发明的纳皮卫星轨道部署器具有良好的拓展性，不仅可以作为群组纳皮卫星的承载与释放装置，而且可以通过改变其几何尺寸参数，以作为在轨大型有效载荷及货物运输的承载与释放装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种纳皮卫星轨道部署器的结构示意图；

图2为一种纳皮卫星轨道部署器去除遮罩和防护板后的结构示意图；

图3为一种纳皮卫星轨道部署器去除遮罩后的俯视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图3的B-B剖视图；

图6为图3的C-C剖视图；

图7为纳皮卫星弹射示意图；

图8(a)为限位释放机构的结构示意图；

图8(b)为限位释放机构的俯视图；

图8(c)为图8(b)的D-D剖视图。

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和图6所示，为一种纳皮卫星轨道部署器的结构示意图，该纳皮卫星轨道部署器包括：本体、箱盖解锁机构11、分离弹射机构和限位释放机构15。本体，用于承载纳皮卫星；箱盖解锁机构11，用于控制箱盖的锁紧与解锁；分离弹射机构，用于推动所述纳皮卫星与所述本体定速分离；限位释放机构15，用于对所述纳皮卫星进行限位和释放。本体包括箱盖组件、箱体组件和遮罩8，箱盖解锁机构11设置在本体上，限位释放机构15位于箱体6的上部位置，并与其通过螺钉连接，遮罩8遮盖住限位释放机构15，并与箱体6通过螺钉连接，用于保护限位释放机构15，以免受到太空碎片的撞击，遮罩8外部涂刷有隔热材料，可以起到对内部的限位释放机构15的隔热保护作用。现以承载三颗纳皮卫星为例对本发明的结构进行说明，第一纳皮卫星12、第二纳皮卫星13和第三纳皮卫星14均置于箱体6内。

箱盖组件包括箱盖1、锁定销2、橡胶缓冲件3和定位孔10，箱盖1设置有4组碟簧组件101，在箱盖1锁紧时，碟簧组件101变形，箱盖1通过力封闭的方式将预紧力可靠的施加到纳皮卫星星体上，以起到对纳皮星体很好的固定作用，防止纳皮星体晃动。

箱体组件包括第一防护板4、第二防护板5、箱体6和箱底7。第一防护板4、第二防护板5均与箱体6螺钉连接，另一侧两块防护板同箱体6的连接方式与之相同，第一防护板4、第二防护板5用于保护纳皮卫星，箱体6与箱底7固结。箱盖1和箱体6之间通过两个转动轴铰接，使箱盖1可以实现开合动作，以限制纳皮卫星分离方向的运动或者解除纳皮卫星分离方向的约束。锁定销2和橡胶缓冲件3都与箱体6固连，箱盖1打开到位后，锁定销2插入箱盖1上的定位孔10中，从而实现箱盖1的锁紧与定位，橡胶缓冲件3则用于对箱盖1紧锁过程中的冲击以及振动起到缓冲作用。

如图3、图4和图5所示，箱盖解锁机构11包括捕获帽111、记忆合金管112、切槽钛杆113、调节套筒114、钛螺母115、捕获壳116、垫片117、缓冲件118、螺钉119、圆柱壳1110、弹射销1111和压缩弹簧1112。捕获帽111与箱盖1连接，捕获帽111内部粘贴有缓冲件118，用来对分离后具有一定速度的钛杆头进行缓冲吸能。切槽钛干113穿过垫片117、箱盖1上的结构孔、箱体6上的结构孔、记忆合金管112和调节套筒114后与钛螺母115连接，通过对钛螺母115施加足够的力矩使得箱盖1被可靠地与箱体6连接，并通过在箱盖1上安装的4组碟簧组件101变形，以力封闭的方式将预紧力可靠的施加到纳皮卫星星体上。捕获壳116将切槽钛杆113和记忆合金管112罩住后与箱体6固连，捕获壳116的作用是将切槽钛杆113断裂后长度较长的一部分留在捕获壳116内，防止其乱飞而损坏其他航天器部件。弹射销1111通过压缩弹簧1112安装于圆柱壳1110内，圆柱壳1110通过螺钉119与箱体6连接。弹射销1111在压缩弹簧1112的作用下，对箱盖1施加一定的分离力来辅助箱盖1的打开。

对记忆合金管112通电，记忆合金管112受热长度增加并伴随力的输出，输出力施加到切槽钛杆113上，输出力持续增大，直到切槽钛杆113在切槽处胀断，这时箱盖1在弹射销1111的力的作用下绕铰接轴旋转并被锁定销2进行锁定。切槽钛杆113断裂后的两部分分别被捕获帽111和捕获壳116收纳，防止其飞出而损坏其他航天器。

如图6和图7所示，分离弹射机构包括弹射单元和导向单元，弹射单元包括第一组分离弹簧16、第二组分离弹簧17和第三组分离弹簧18。每组分离弹簧均为四根劲度系数相对较大，中径和自由高度相对较小的压缩弹簧。导向单元包括滑道9、导向桶19、导向桶20和导向桶21。滑道9设置在箱体6的内部，供纳皮卫星滑动，用来承载纳皮卫星并对其在分离过程中进行导向，保证其分离过程中保持良好的位姿，箱体滑道的导向作用可以使分离后的纳皮卫星具有比较小的自旋角速度。第一组分离弹簧16通过螺钉固定在第二纳皮卫星13上的导向桶19内，第二组分离弹簧17通过螺钉固定在第三纳皮卫星14上的导向桶20内，第三组分离弹簧18通过螺钉固定在箱底7上的导向桶21内。第一纳皮卫星12后方的受力杆22完全插入第二纳皮卫星13上的导向桶19内，压缩第一组分离弹簧16，从而产生足够的分离弹力；第二纳皮卫星13后方的受力杆23完全插入第三纳皮卫星14上的导向桶20内，压缩第二组分离弹簧17，从而产生足够的分离弹力；第三纳皮卫星14直接压缩第三组分离弹簧18，从而产生足够的分离弹力。每组分离弹簧均采用四点均布形式设置，从而产生的分离弹力可以与纳皮卫星的质心重合，以此保证纳皮卫星分离后良好的位姿。

第一纳皮卫星12、第二纳皮卫星13和第三纳皮卫星14上部与限位释放机构15中的限位销152相接触，从而约束纳皮卫星分离方向的自由度。三组分离弹簧分别对三颗纳皮卫星施加足够的分离弹力，确保每颗纳皮卫星均可沿箱体6内的滑道9顺利分离。

如图8(a)、8(b)和8(c)所示，为本发明限位释放机构15的结构示意图。限位释放机构15包括驱动单元和执行动作单元，驱动单元为记忆合金簧151，铜片156，执行动作单元包括动作子单元和限位子单元。动作子单元为限位销152，螺母157；限位子单元包括安装底座153、限位销钉154、弹簧155。限位释放机构15安装于箱体6的上方，并与箱体6螺钉连接，限位释放机构15的作用是通过机构中的限位销152的运动来实现对纳皮卫星的释放与限位。如图6所示，限位销152插入箱体内，限制纳皮卫星的位移。

当铜片156圆孔连接的导线通电时，与铜片156相接触的记忆合金簧151受热向两侧输出力和位移，输出力和位移作用在与限位销152螺纹连接的螺母157上，螺母157带动限位销152向上运动，从而解除对纳皮卫星的限制，纳皮卫星在分离弹簧的作用下弹射出箱。当限位销152向上运动一定位移后，限位销钉154在压缩弹簧155的作用下插入限位销152上的限位槽内，实现对限位销152的锁定。除铜片156和记忆合金簧151之外，限位释放机构15各个部件表面均进行喷漆处理，以防止将电流导入整个部署器内。

限位释放机构15采用记忆合金簧作为驱动，不仅可以实现纳皮卫星的逐一释放，而且减小了部署器的体积和质量，同时减小了功耗，与国外同类部署器相比实现了在轨纳皮卫星释放技术的提升。本实施方式以部署三颗纳皮卫星为例，部署其他数量的纳皮卫星的部署方式以此类推。

本发明通过采用分离弹簧组的分离弹射机构与采用记忆合金材料的限位释放机构的配合使用，不仅可以实现纳皮卫星轨道部署器的单次承载与多次定点、定姿释放的功能，而且减小了部署器的体积和质量，降低了功耗，同时在释放过程中具有低冲击的优点，可以很好的保护所承载的纳皮卫星及相关电子器件的安全性；本部署器的限位释放机构由记忆合金簧来实现，结构简单、能耗低、冲击小，布置方式灵活；本发明的纳皮卫星轨道部署器具有良好的拓展性，不仅可以作为群组纳皮卫星的承载与释放装置，而且可以通过改变其几何尺寸参数，以作为在轨大型有效载荷及货物运输的承载与释放装置。

尽管参照前述对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，其包括：

本体，用于承载纳皮卫星；

箱盖解锁机构，用于控制箱盖的锁紧与解锁；

分离弹射机构，用于推动所述纳皮卫星与所述本体定速分离；

限位释放机构，用于对所述纳皮卫星进行限位和释放。

2.根据权利要求1所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述分离弹射机构包括：

弹射单元，用于推动所述纳皮卫星弹射分离；

导向单元，用于固定和约束所述弹射单元，并在所述纳皮卫星的分离过程中起导向作用。

3.根据权利要求2所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述弹射单元为分离弹簧组。

4.根据权利要求3所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，每组所述分离弹簧之间采用四点均布形式设置。

5.根据权利要求4所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，每组所述分离弹簧劲度系数大，中径和自由高度小，以减小每组分离弹簧的装配空间。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述限位释放机构包括：

执行动作单元，用于对所述纳皮卫星限位，并触发所述纳皮卫星与所述本体分离释放；

驱动单元，用于驱动所述执行动作单元完成触发动作。

7.根据权利要求6所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述驱动单元为记忆合金簧。

8.根据权利要求7所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述执行动作单元包括：

动作子单元，用于实现对所述纳皮卫星的限位与释放；

限位子单元，用于对所述动作子单元进行限位。

9.根据权利要求8所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述动作子单元为限位销。

10.根据权利要求1所述的一种纳皮卫星轨道部署器，其特征在于，所述本体的箱盖上设置有碟簧组件，所述碟簧组件将预紧力施加到所述纳皮卫星上。