CN108177798B - 用于部署航天器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于部署航天器的系统和方法。在一实例中，一种航天器系统包括堆叠中的多个航天器。所述堆叠具有一个或更多个层，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或更多个相邻航天器。所述航天器系统还包括控制器，所述控制器被构造成，对于每个层：(i)致使所述层从所述堆叠释放，并且(ii)在将所述层从所述堆叠释放之后，致使所述层中的所述至少两个航天器从彼此释放。

Description

用于部署航天器的系统和方法
技术领域
本公开总体涉及航天器系统和方法，更具体地涉及用于从运载火箭部署多个航天器的系统和方法。除非本文中另有说明，否则本节中描述的材料不构成权利要求书的现有技术并且不被认为是包括在本节中的现有技术。
背景技术
为了降低运载成本，用于将有效载荷载入外层空间中的许多运载火箭已被设计成同时携带诸如卫星的多个航天器。在一种方法中，运载火箭包括专用的分配器系统，分配器系统在升空期间单独地支撑每个航天器然后将每个航天器单独地分配到轨道中。一个缺点在于，分配器系统往往相当庞大且重，这减少了可以由运载火箭载入轨道中的可用有效载荷。
发明内容
公开了用于从运载火箭部署航天器的方法和系统。在一实例中，一种航天器系统包括堆叠中的多个航天器。所述堆叠具有一个或多个层，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或多个相邻航天器。所述航天器系统还包括控制器，所述控制器被构造成，对于每个层：(i)致使所述层从所述堆叠释放，并且(ii)在将所述层从所述堆叠释放之后，致使所述层中的所述至少两个航天器从彼此释放。
在另一实例中，公开了一种从运载火箭分配多个航天器的方法。所述多个航天器位于具有一个或多个层的堆叠中，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或多个相邻航天器。该方法包括：(i)将所述一个或多个层从所述堆叠逐层地释放；以及(ii)对于每个层，在将所述层从所述堆叠释放之后，将所述层的所述至少两个航天器从彼此释放。
在另一实例中，公开了一种非瞬时计算机可读介质，该非瞬时计算机可读介质存储有程序指令，所述程序指令在由控制器执行时致使航天器系统执行一系列动作。所述航天器系统包括堆叠中的多个航天器，所述堆叠具有一个或多个层，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或多个相邻航天器。所述一系列动作包括：(i)将所述一个或更多个层从所述堆叠逐层地释放；以及(ii)对于每个层，在将所述层从所述堆叠释放之后，将所述层的所述至少两个航天器从彼此释放。
本领域普通技术人员通过适当地参照附图来阅读以下详细描述，这些以及其他的方面、优点和替代方案将变得显而易见。此外，应当理解的是，在本发明内容章节及本文件其他章节中提供的描述旨在通过举例的方式而非限制的方式说明所要求保护的主题。
附图说明
认为说明性实例的特征的新颖特征在随附权利要求书中阐述。然而，当结合附图阅读时，说明性实例以及优选使用模式、其它目的及其描述将最好参照本公开的说明性实例的以下详细描述进行理解。
图1描绘了根据一实例的火箭的简化图。
图2描绘了根据一实例的航天器系统的简化框图。
图3描绘了根据一实例的航天器系统的立体图。
图4A描绘了根据一实例的航天器的立体图。
图4B描绘了图4A中示出的航天器的另一立体图。
图5描绘了根据一实例的适配器的立体图。
图6A至图6H描绘了根据一实例的部署航天器的航天器系统。
图7描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
图8描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
图9描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
图10描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
图11描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
图12描绘了根据一实例的用于部署航天器的实例过程的流程图。
具体实施方式
I.概述
本公开的方法和系统提供了用于从运载火箭部署多个航天器的航天器系统和方法。例如，航天器可以是卫星和/或行星际探测器。作为一个实例，运载火箭可以是用于将有效载荷从行星表面载入外层空间的火箭。
在各实例内，航天器系统包括布置在堆叠中的多个航天器。堆叠具有一个或多个层，并且每个层均具有至少两个航天器。堆叠中的每个航天器均以可释放的方式联接到一个或多个相邻航天器，其可以是与航天器相同的层、航天器正上方的相邻层和/或航天器正下方的相邻层。
航天器系统可以进一步包括适配器，该适配器将航天器的堆叠联接到运载火箭。适配器可以具有以可释放的方式联接到堆叠的最底层的第一端以及构造成联接到运载火箭的支撑表面的第二端。在一些情形下，一种类型的运载火箭的支撑表面可不同于另一种类型的运载火箭的支撑表面。为了使航天器系统适应于各种不同的运载火箭，一系列适配器可以设置有多个第二端构造，以分别对应于不同类型的运载火箭的支撑表面。如此，通过从一系列适配器之中选择与用于特定地运载航天器系统的特定类型的运载火箭对应的适配器，航天器系统可以容易地部署在各种不同类型的运载火箭中。
航天器系统可以包括多个可释放紧固件，该多个可释放紧固件将航天器以可释放的方式联接到相邻航天器和/或适配器。一般而言，每个可释放紧固件均是可致动的，以提供由可释放紧固件联接到彼此的相应部件的机械释放。例如，每个可释放紧固件均可以在可释放紧固件的第一状态下将航天器系统的相应部件联接到彼此，并且在可释放紧固件的第二状态下将相应部件从彼此释放。每个可释放紧固件均可以响应于从控制器接收的信号在第一状态和第二状态之间选择性地致动。
在一个方面中，控制器可以向可释放紧固件发送信号，从而致使航天器的层逐层地从堆叠释放。对于每个层，在将层从堆叠释放之后，控制器可以发送进一步的信号以致使层中的航天器彼此释放。在一个实例中，控制器致使各层按照从堆叠的最顶层到堆叠的最底层的顺序从堆叠逐层地释放。在另一实例中，如果检测到故障，控制器可以致使堆叠从适配器释放然后致使各层按照从最底层到最顶层的顺序逐层地释放。术语“最顶层”意指堆叠中的距运载火箭最远的层。术语“最底层”意指堆叠中的最接近运载火箭的层。
航天器系统可以进一步包括多个偏置装置，该多个偏置装置可以便于响应于控制器将各层从堆叠分离和/或将航天器彼此分离，从而将各层从堆叠释放和/或将航天器彼此释放。通过施加偏置力以便于分离各层和/或将航天器彼此分离，航天器之间碰撞的风险可以减少或最小化。另外，使用偏置装置以施加偏置力可以提供航天器的无抵抗力分离(passive separation)，这可以帮助节省用于可出于其他目的在航天器运行期间使用(例如，为了将航天器保持在指定的轨道槽中)的推进器的燃料。
在一实例中，偏置装置可以致使每个层随着层从堆叠的分离而旋转。例如，对于堆叠中的每个层，至少一个偏置装置可以向该层施加与至少另一偏置装置不同的偏置力以致使该层随着层从堆叠的分离而旋转。在一实施方式中，层可以围绕垂直于太阳方向的轴线旋转。通过使层围绕垂直于太阳方向的轴线旋转，层中的航天器可以在每次旋转期间更均匀地暴露于太阳。这样可以便于在从堆叠分离期间为层中的航天器提供热和功率稳定的构造。
本公开的航天器系统提供了优于常规航天器分配系统的许多优点。例如，因为航天器在堆叠中以可释放的方式联接到彼此，所以航天器系统可以略去常规分配器系统的大而重的结构。如此，针对给定的运载火箭，本公开的航天器系统可以每次发射以比常规分配器系统更大的数量、大小和/或重量来部署航天器。
II.实例系统
图1描绘了火箭110，其包括根据本公开的一个实例的航天器系统112。如图1所示，火箭110包括联接到运载火箭116的整流罩114。运载火箭116提供火箭发动机，用于在运载和/或飞行期间推进火箭110。例如，运载火箭116可以包括包含火箭燃料(即，推进剂)的一个或更多个内部燃料室、燃烧室和/或火箭发动机喷嘴118。燃烧室可以燃烧火箭燃料以产生热的高压气体，火箭发动机喷嘴118远离运载火箭116排出热的高压气体。火箭发动机喷嘴118可以使从燃烧室接收的气体加速，以便于将气体的热能转换成运载火箭116的动能。在各实例内，运载火箭116可以包括单个发动机级或依次分离和点燃的多个发动机级。
整流罩114联接到运载火箭116并且包围航天器系统112，以在穿过大气飞行期间保护航天器系统112免受空气动力的影响。然后，整流罩114可以在空气动力下降到某一值和/或运载火箭116到达特定位置之后从运载火箭116分离。通过将整流罩114从运载火箭116分离，航天器系统112可以暴露于外部环境(诸如，外层空间)。然后，航天器系统112可以部署到轨道中，多个航天器例如是下面描述的卫星和/或行星际探测器。
图2描绘了根据本公开的一个实例的航天器系统112的简化图。如图2所示，航天器系统112包括布置在堆叠122中的多个航天器120A-120F，堆叠122具有多个层124A-124C，每层124A-124C具有至少两个航天器120A-120F。更具体地，航天器系统112包括：具有第一航天器120A和第二航天器120B的第一层124A；具有第三航天器120C和第四航天器120D的第二层124B；以及具有第五航天器120E和第六航天器120F的第三层124C。第一层124A是堆叠122的最顶层，并且第三层124C是堆叠122的最底层。如图2所示，第三层124C以可释放的方式联接到适配器126的第一端128。适配器126的第二端130被构造成联接到运载火箭116。
虽然在图2所描绘的实例中，航天器系统112包括三个层124A-124C，但是在另一实例中，航天器系统112可以包括更大量的层124A-124C或更少量的层124A-124C。因此，层124A-124C的数量可多于三个或少至一个(例如，层124C)，使得可如本文中示出和描述地完成从适配器126的释放。类似地，虽然在图2所描绘的实例中，航天器系统112的每层124A-124C包括两个航天器120A-120F，但是在另一实例中，航天器系统112的每层124A-124C可以包括多于两个航天器120A-120F。在各实例内，航天器系统112的每层124A-124C可以包括偶数数量或奇数数量的航天器120A-120F。
此外，虽然在每个层124A-124C中示出多个航天器120A-120F，但是在相同的层124A-124C中，每个航天器120A-120F不必与其他航天器120A-120F相同或对称地布置。相反，在一些实例中，特定层124A-124C中组装好的航天器120A-120F仅需要具有基本相同的高度并配合在整流罩114的轮廓内以确保每个层124A-124C的稳定性。以这种方式，不同大小和容积的航天器120A-120F可在具有均匀高度的层124A-124C中聚集到一起。此外，以这种方式，多个航天器120A-120F可布置在堆叠122中，其中堆叠122具有一个或更多个层124A-124C并且每个层124A-124C均包括至少两个航天器120A-120F。层124A-124C中的每个航天器120A-120F均可以可释放的方式竖直地以及在层124A-124C中水平地联接到堆叠122中的一个或更多个相邻航天器120A-120F。术语“竖直”和“水平”是相对术语，并不旨在传达绝对的取向。
另外，在各实例内，层124A-124C的数量和/或每层124A-124C中的航天器120A-120F的数量可以基于选自下面一组因素中的至少一个因素来确定，这一组因素包括：用于运输航天器系统112的运载火箭116的类型；待部署的航天器120A-120F的类型；总航天器群大小；每轨道平面和/或高度的航天器数量；航天器群设计寿命和补充计划；发射评估(COLA)要求方面的碰撞；航天器群轨道调整；和/或群交叉；航天器120A-120F的最终轨道高度；每个单独航天器120A-120F的质量和/或选择的运载火箭116的能力。
每个航天器120A-120F均以可释放的方式联接到堆叠122中的一个或多个相邻航天器120A-120F和/或适配器126。例如，在图2中，第一航天器120A以可释放的方式联接到第二航天器120B和第三航天器120C。第二航天器120B以可释放的方式联接到第一航天器120A和第四航天器120D。第三航天器120C以可释放的方式联接到第一航天器120A、第四航天器120D和第五航天器120E。第四航天器120D以可释放的方式联接到第二航天器120B、第三航天器120C和第六航天器120F。第五航天器120E以可释放的方式联接到第三航天器120C、第六航天器120F和适配器126。第六航天器120F以可释放的方式联接到第四航天器120D、第五航天器120E和适配器126。
为了如上所述将航天器120A-120F以可释放的方式联接到彼此和/或适配器126，航天器系统112包括多个可释放紧固件134A-134I。一般而言，每个可释放紧固件134A-134I均是可致动的，以提供由可释放紧固件134A-134I联接到彼此的相应部件(即，航天器120A-120I和/或适配器126)的机械释放。例如，每个可释放紧固件134A-134I均可以在第一状态下将航天器系统112的相应部件联接到彼此并且在第二状态下将相应部件彼此释放。可释放紧固件134A-134I可以响应于从控制器136(例如，经由有线和/或无线通信)接收的信号在第一状态和第二状态之间选择性地致动。
控制器136可以使用硬件、软件和/或固件来实施。例如，控制器136可以包括存储机器语言指令或其他可执行指令的一个或更多个处理器和非瞬时计算机可读介质(例如，易失性和/或非易失性存储器)。指令在由一个或更多个处理器执行时可致使控制器136进行本文中描述的航天器系统112的各种操作。在各实例内，控制器136可以位于火箭110上和/或位于地面控制站处。
在图2中，多个可释放紧固件134A-134I包括以可释放的方式联接第一航天器120A和第二航天器120B的一个或更多个第一可释放紧固件134A、以可释放的方式联接第一航天器120A和第三航天器120C的一个或更多个第二可释放紧固件134B、以可释放的方式联接第二航天器120B和第四航天器120D的一个或更多个第三可释放紧固件134C、以可释放的方式联接第三航天器120C和第四航天器120D的一个或更多个第四可释放紧固件134D、以可释放的方式联接第三航天器120C和第五航天器120E的一个或更多个第五可释放紧固件134E、以可释放的方式联接第四航天器120D和第六航天器120F的一个或更多个第六可释放紧固件134F、以可释放的方式联接第五航天器120E和第六航天器120F的一个或更多个第七可释放紧固件134G、以可释放的方式联接第五航天器120E和适配器126的一个或更多个第八可释放紧固件134H以及以可释放的方式联接第六航天器120F和适配器126的一个或更多个第九可释放紧固件134I。
作为实例，可释放紧固件134A-134I可以包括马蹄带、分离螺母、易碎螺母、分离螺栓、螺栓切割机、线材切割机、线缆切割机、分离卷轴装置(例如，可熔线材和/或成形记忆合金线材)、螺线管致动的螺母、销推动器和/或销拉出器。作为其他实例，在一些实施方式中，每个可释放紧固件134A-134I均可以包括烟火装料，烟火装料可以由控制器136远程激活以致使烟火装料将可释放紧固件134A-134I破碎成碎片，从而释放由可释放紧固件134A-134I联接的部件。在其他实施方式中，可释放紧固件134A-134I可以包括可以由控制器136远程激活的非爆炸致动器。用在航天器系统112中的可释放紧固件134A-134I的类型可以基于一个或更多个因素来确定，所述因素包括例如：电磁干扰的敏感性、释放响应时间、释放冲击、承受发射负载的能力、维持预负载的能力、致动的功率输入、重量、大小、温度灵敏度和/或释放可靠性。
如上所述，控制器136可以发送信号以每次选择性地致动一个或更多个可释放紧固件134A-134I。根据本公开的一个方面，控制器136被构造成致使航天器120A-120F的层124A-124C从堆叠122和适配器126逐层地释放。在一个实例中，控制器136被构造成致使层124A-124C按照从堆叠122中的最顶层124A到堆叠122中的最底层124C的顺序释放。例如，控制器136可以发送第一信号以致动第二可释放紧固件134B和第三可释放紧固件134C，并从而致使第一层124A从堆叠122释放。然后，控制器136可以发送第二信号以致动第五可释放紧固件134E和第六可释放紧固件134F，并从而将第二层124B从堆叠122释放。控制器136可以进一步发送第三信号以致动第八可释放紧固件134H和第九可释放紧固件134I，并从而将第三层124C从适配器126释放。
当每个层124A-124C从堆叠122和/或适配器126释放时，层124A-124C内的航天器120A-120F联接到彼此。对于每个层124A-124C，控制器136可以发送附加信号以在层124A-124C从堆叠122和/或适配器126释放之后致使层124A-124C中的航天器120A-120F从彼此释放。例如，在第一层124A从堆叠122释放之后，控制器136可以发送信号以致动第一可释放紧固件134A，从而致使第一航天器120A和第二航天器120B从彼此释放。类似地，在第二层124B从堆叠122释放之后，控制器136可以发送信号以致动第四可释放紧固件134D，从而致使第三航天器120C和第四航天器120D从彼此释放。在第三层124C从适配器126释放之后，控制器136可以发送信号以致动第七可释放紧固件134G，从而致使第五航天器120E和第六航天器120F从彼此释放。
另外如图2所示，航天器系统112可以包括多个偏置装置138A-138I，多个偏置装置138A-138I位于航天器系统112的相应部件之间，例如，位于相邻航天器120A-120F之间和/或位于最底层124C的航天器120E-120F和适配器126之间。偏置装置138A-138I将偏置力施加到航天器系统112的相应部件之间以推动相应部件远离彼此。如此，当可释放紧固件134A-134I在第一状态下联接相应部件时，由偏置装置138A-138I施加的偏置力预加载可释放紧固件134A-134I。然后，响应于控制器136将可释放紧固件134A-134I从第一状态致动到第二状态，由偏置装置138A-138I施加到相应部件的偏置力致使各部件彼此分离。
在图2中，偏置装置138A-138I包括第一组层间偏置装置138A-138F和第二组层内偏置装置138G-138I。第一组层间偏置装置138A-138F位于堆叠122的相邻层124A-124C之间，以及位于最底层124C和适配器126之间。例如，在图2中，第一组层间偏置装置138A-138F包括：位于第一航天器120A和第三航天器120C之间的一个或更多个第一偏置装置138A、位于第二航天器120B和第四航天器120D之间的一个或更多个第二偏置装置138B、位于第三航天器120C和第五航天器120E之间的一个或更多个第三偏置装置138C、位于第四航天器120D和第六航天器120F之间的一个或更多个第四偏置装置138D、位于第五航天器120E和适配器126之间的一个或更多个第五偏置装置138E以及位于第六航天器120F和适配器126之间的一个或更多个第六偏置装置138F。第一组层间偏置装置138A-138F可以由此将偏置力施加到层124A-124C，以在将层124A-124C从堆叠122释放之后便于将每个层124A-124C从堆叠122分离。
在一个实施方式中，第一组层间偏置装置138A-138F被构造成致使每个层124A-124C随着层124A-124C从堆叠122和/或适配器126的分离而旋转。例如，对于堆叠122的每个层124A-124C，至少一个偏置装置138A-138F可以将与至少另一偏置装置138A-138F不同的偏置力施加到层124A-124C，使得层124A-124C随着层124A-124C从堆叠122的分离而旋转。
在图2中，例如，第一偏置装置138A可以将与第三偏置装置138C不同的偏置力施加到第一层124A，以致使第一层124A随着第一层124A从堆叠122的分离而旋转。另外，第三偏置装置138C可以将与第四偏置装置138D不同的偏置力施加到第二层124B以致使第二层124B随着第二层124B从堆叠122的分离而旋转。类似地，第五偏置装置138E可以将与第六偏置装置138F不同的偏置力施加到第三层124C，以致使第三层124C随着第三层124C从适配器126的分离而旋转。
在一个实例中，多个偏置装置138A-138I可以包括多个弹簧。对于堆叠122的每个层124A-124C，至少一个弹簧可以具有与至少另一弹簧不同的特性，使得层124A-124C随着层124A-124C从堆叠122的分离而旋转。例如，至少一个弹簧可以具有与至少另一弹簧不同的弹簧常数，和/或至少一个弹簧可以具有与至少另一弹簧不同的长度。在另一实例中，弹簧可以相对于层124A-124C以不同的数量和/或位置设置，以致使层124A-124C随着层124A-124C从堆叠122的分离而旋转。
第二组层内偏置装置138G-138I位于彼此相同的层124A-124C内的相邻航天器120A-120F之间。例如，在图2中，第二组层内偏置装置138G-13I包括：位于第一层124A中的第一航天器120A和第二航天器120B之间的一个或更多个第七偏置装置138G、位于第二层124B中的第三航天器120C和第四航天器120D之间的一个或更多个第八偏置装置138H以及位于第三层124C中的第五航天器120E和第六航天器120F之间的一个或更多个第九偏置装置138I。第二组层内偏置装置138G-138I可以由此将偏置力施加到相邻航天器120A-120F之间，以便于在(i)包含相邻航天器120A-120F的层124A-124C从堆叠122释放并分离以及(ii)层124A-124C中的相邻航天器120A-120F从彼此释放之后，将相邻航天器120A-120F从彼此分离。
图3是根据一实例的航天器系统112的立体图。如图3所示，航天器系统112包括布置在堆叠122中的多个航天器120A-120F，堆叠122具有多个层124A-124C，并且每个层124A-124C均具有至少两个航天器120A-120F。另外，在图3中，每个航天器120A-120F均以可释放的方式联接到一个或更多个相邻航天器120A-120F，并且适配器126以可释放的方式联接到堆叠122的最底层124C，如上文相对于图2描述的。
在图3所示的实例中，相邻航天器120A-120F和/或适配器126由采取分离螺母234的形式的多个可释放紧固件(例如可释放紧固装置)联接到彼此；然而，在其他实例中，可以使用附加或替代的可释放紧固件。因此，如上所述，分离螺母234(i)在第一状态下将相邻航天器120A-120F和/或适配器126联接到彼此，并且(ii)在第二状态下将相邻航天器120A-120F和/或适配器126从彼此释放。另外，如上所述，分离螺母234能响应于从控制器136接收的信号在第一状态和第二状态之间致动。多个分离螺母234中的每者同时或几乎同时释放的时机不是关键的，只要所描述的分离过程基本不受影响即可。
为了进一步说明分离螺母234，图4A和图4B描绘了根据一实例的第三航天器120C的前立体图和后立体图。如图4A和图4B所示，第三航天器120C包括：航天器120C的顶表面140上的多个顶部分离螺母234A、航天器120C的底表面142上的多个底部分离螺母234B以及航天器120C的侧表面144上的多个侧向分离螺母234C。顶部分离螺母234A被构造成将航天器120C以可释放的方式联接到位于航天器120C上方的层124A中的相邻航天器120A。底部分离螺母234B被构造成将航天器120D以可释放的方式联接到位于航天器120C下方的层124C中的相邻航天器120E。侧向分离螺母234C被构造成将航天器120C以可释放的方式联接到与航天器120C相同的层124B中的相邻航天器120D。
虽然在图4A和图4B中分离螺母234A-234C位于顶表面140、底表面142和侧表面144的周向角部处，但是在另一实例中，分离螺母234A-234C可以位于顶表面140、底表面142和/或侧表面144上的不同位置处。另外，在另一实例中，顶表面140、底表面142和/或侧表面144可以包括数量比图4A和图4B中描绘的分离螺母234A-234C的数量更多或更少的分离螺母234A-234C。
返回参考图3，适配器126的第一端128联接到堆叠122的最底层124C，并且适配器126的第二端130被构造成联接到运载火箭116的支撑表面132(图1中示出)。图5描绘了根据本公开的一个实例的适配器126的立体图。如图5所示，第一端128可以根据最底层124C的构造进行构造。例如，第一端128可以包括多个分离螺母234，多个分离螺母234与堆叠122的最底层124C的航天器120E-120F上的对应结构联接。另外，例如，第一端128可以包括多个偏置装置138，多个偏置装置138将偏置力施加到适配器126的第一端128和堆叠122的最底层124C之间。如上所述，偏置装置138由此可以便于响应于分离螺母234从第一状态到第二状态的致动将堆叠122的最底层124C从适配器126分离。
适配器126的第二端130具有与运载火箭116的支撑表面132对应的构造。作为一个实例，第二端130可以具有与支撑表面132上的特征(例如，联接机构和/或在支撑表面132上用于接收第二端130的接收器)的大小和/或形状对应的大小和/或形状。
在一些情形下，一种类型的运载火箭116的支撑表面132可不同于另一种类型的运载火箭116的支撑表面132。为了使航天器系统112适应于各种不同的运载火箭116，一系列适配器126可以设置有多个不同的第二端130构造，其分别对应于不同类型的运载火箭116的支撑表面132。如此，通过从一系列适配器126之中选择与用于特定地运载航天器系统112的特定类型的运载火箭116对应的适配器126，航天器系统112可以使用各种不同类型的运载火箭116容易地部署。
如上所述，航天器120A-120F可以包括卫星和/或行星际探测器。在图3至图4A和图4B所描绘的实例中，航天器120A-120F在其他系统和部件之中包括一个或更多个推进系统148、太阳能电池板150和/或天线152。推进系统148可以使航天器120A-120F移动到轨道中的特定位置和/或将航天器120A-120F保持在轨道中的特定位置。例如，推进系统148可以包括电动推进马达(例如，离子推进器)、化学推进马达和/或混合电/化学推进马达。太阳能电池板150可以是构造成为航天器120A-120F的电气部件供电的电力系统的一部分。例如，太阳能电池板150可以从太阳生成电力，并且生成的电力然后可以用于为航天器120A-120F供电和/或存储在一个或更多个电池中供以后使用。天线152可以便于发送和/或接收信号以在航天器120A-120F和另一航天器和/或地面站之间进行通信。
除图1所示的特征之外，火箭110可以包括附加或替代的特征，例如，一个或更多个导航和/或引导系统(例如，卫星导航系统和/或惯性导航系统)，和/或稳定装置(例如，一个或更多个翼片、Vernier发动机、万向节和/或陀螺仪)。
III.实例操作
在运行时，运载火箭116发射到轨道中。一旦进入轨道，整流罩114就可以从运载火箭116分离或者以其他方式打开以使航天器系统112暴露于外部环境(例如，外层空间)。然后，控制器136可以致使层124A-124C从堆叠122逐层地释放。例如，控制器136可以向可释放紧固件134A-134I发送信号，并且响应于接收的信号，可释放紧固件134A-134I可以从第一状态致动到第二状态以将层124A-124C从堆叠122逐层地释放。
在一实例中，控制器136可以在信号的发送之间等待一段时间，以允许运载火箭116在释放层124A-124C之间行进预定的距离。这可以帮助从运载火箭116与指定给航天器120A-120F的轨道槽相对紧靠地部署航天器120A-120F。
对于每个层124A-124C，在将层124A-124C从堆叠122释放之后，一个或更多个偏置装置138A-138I将偏置力施加到层124A-124C以便于将层124A-124C从堆叠122分离。通过施加偏置力以便于将层124A-124C从堆叠122分离，可以降低或最小化层124A-124C和堆叠122之间碰撞的风险。
此外，如上所述，偏置装置138A-138I可以致使从堆叠122释放的层124A-124C随着层124A-124C从堆叠122的分离而旋转。在各实例内，每个层124A-124C均可以围绕垂直于太阳的轴线旋转。通过使层124A-124C围绕垂直于太阳的轴线旋转，层124A-124C的航天器120A-120F可以更均匀地暴露于太阳。这样可以为层124A-124C中的航天器120A-120F在从堆叠122分离期间提供热稳定和功率稳定的构造。
对于每个层124A-124C，在将层124A-124C从堆叠122和/或适配器126释放之后，控制器136可以致使层124A-124C中的航天器120A-120F从彼此释放。例如，在每个层124A-124C从堆叠122和/或适配器126释放之后，控制器136可以等待一段时间然后向联接层124A-124C的航天器120A-120F的可释放紧固件134A-134I发送信号。响应于接收的信号，可释放紧固件134A-134I可以从第一状态致动到第二状态以将层124A-124C的航天器120A-120F从彼此释放。
当层124A-124C的航天器120A-120F从彼此释放时，层124A-124C的航天器120A-120F之间的偏置装置138G-138I便于将航天器120A-120F从彼此分离。如此，偏置装置138G-138I可以帮助降低或最小化航天器120A-120F之间碰撞的风险。
在一个实例中，控制器136致使层124A-124C按照从堆叠122的最顶层到堆叠122的最底层的顺序逐层地释放。图6A至图6H描绘了根据该实例的一个实施方式的部署航天器120A-120F的航天器系统112。图6A描绘了根据一实例的航天器系统112的侧视图。
为了将第一层124A从堆叠122释放，控制器136致动第二可释放紧固件134B和第三可释放紧固件134C。图6B描绘了在将第一层124A从堆叠122释放之后的航天器系统112。如图6B所示，响应于将第一层124A从堆叠122释放，第一偏置装置138A和第二偏置装置138B将偏置力施加到第一层124A以便于在箭头654指示的方向上将第一层124A从堆叠122分离。由第一偏置装置138A和第二偏置装置138B施加到第一层124A的偏置力还致使第一层124A在由箭头656指示的方向上旋转。
图6C进一步说明了在由箭头656指示的方向上旋转的第一层124A的第一航天器120A和第二航天器120B。如图6C所示，第一层124A围绕垂直于太阳方向的轴线658旋转。太阳方向由图6C中的箭头660指示。
在将第一层124A从堆叠122释放之后，控制器136致动第一可释放紧固件134A以将第一航天器120A和第二航天器120B从彼此释放，如图6D所示。响应于第一航天器120A和第二航天器120B从彼此释放，第七偏置装置138G将偏置力施加到第一航天器120A和第二航天器120B以便于将第一航天器120A和第二航天器120B从彼此分离，如图6D中的箭头662指示。
在将第一层124A从堆叠122释放和/或将第一航天器120A和第二航天器120B从彼此释放之后，控制器136致动第五可释放紧固件134E和第六可释放紧固件134F以将第二层124B从堆叠122释放。图6E描绘了在将第二层124B从堆叠122释放之后的航天器系统112。响应于第二层124B从堆叠122释放，第三偏置装置138C和第四偏置装置138D将偏置力施加到第二层124B以便于将第二层124B从堆叠122分离以及使第二层124B围绕垂直于太阳的轴线旋转(如箭头664指示)。
在将第二层124B从堆叠122释放之后，控制器136致动第四可释放紧固件134D以将第三航天器120C和第四航天器120D从彼此释放，如图6F所示。响应于第三航天器120C和第四航天器120D从彼此释放，第八偏置装置138H将偏置力施加到第三航天器120C和第四航天器120D以便于将第三航天器120C和第四航天器120D从彼此分离，如图6F中的箭头666指示。
在将第二层124B从堆叠122释放和/或将第三航天器120C和第四航天器120D从彼此释放之后，控制器136致动第八可释放紧固件134H和第九可释放紧固件134I以将第三层124C从适配器126释放。图6G描绘了在将第三层124C从适配器126释放之后的航天器系统112。响应于第三层124C从适配器126释放，第五偏置装置138E和第六偏置装置138F将偏置力施加到第三层124C以便于将第三层124C从适配器126分离以及使第三层124C围绕垂直于太阳的轴线旋转(如箭头668指示)。
在将第三层124C从适配器126释放之后，控制器136致动第九可释放紧固件134I以将第五航天器120E和第六航天器120F从彼此释放，如图6H所示。响应于第五航天器120E和第六航天器120F从彼此释放，第九偏置装置138I将偏置力施加到第五航天器120E和第六航天器120F以便于将第五航天器120E和第六航天器120F从彼此分离，如图6H中的箭头670指示。
在上文描述且由图6A至图6H描绘的实例中，控制器136致使层124A-124C按照从最顶层124A到最底层124C的顺序释放。在另一实例中，在控制器136致使层124A-124B中的至少一个从堆叠122释放之前，控制器136可以致使堆叠122从运载火箭116释放。
例如，控制器136可以构造成确定上述释放过程(即，按照从最顶层到最底层的顺序释放)期间发生的故障状况。作为一个实例，当层124A-124C未响应于控制器136发送信号以触发对层124A-124C的释放而进行释放时，控制器136可以确定故障状况发生。响应于控制器136确定发生了故障状况，控制器136可以致使堆叠122从适配器126释放然后致使层124A-124C按照从最底层到最顶层的顺序释放。如上所述，在每个层124A-124C按照该顺序从堆叠释放之后，控制器136致使层124A-124C中的航天器从彼此释放。
如上所述，层124A-124C可以在从堆叠122和/或适配器126释放时各围绕垂直于太阳方向的轴线旋转。在一实例中，这可以在运载火箭116被取向成使得航天器系统112的纵向轴线与太阳方向平行时至少部分地通过控制器136将层124A-124C释放来实现。另外，在一实例中，在航天器系统112处于运载火箭116的尾端处(相对于运载火箭116的行进方向而言)的情况下，控制器136可以释放层124A-124C。这可以进一步帮助降低释放的层124A-124C和堆叠122之间碰撞的风险。
现在参考图7，描绘了根据一实例的从运载火箭部署多个航天器的过程700的流程图。多个航天器位于具有一个或更多个层的堆叠中，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到堆叠中的一个或更多个相邻航天器。如图7所示，过程700包括：在框710处，将一个或更多个层从堆叠逐层地释放。对于每个层，过程700还包括：在框712处，在将层从堆叠释放之后，将层中的至少两个航天器从彼此释放。
图8至图12描绘了根据其他实例的过程700的其他方面。如图8所示，在框714处，过程700可以包括：对于每个层，响应于在框712处将层从堆叠释放的步骤，使用将偏置力施加到层和堆叠之间的多个偏置装置，将层从堆叠分离。如图9所示，在框716处，过程700可以包括：对于每个层，随着层从堆叠分离使层围绕轴线旋转。在一实例中，轴线垂直于太阳。如图10所示，为了在框716处使层围绕轴线旋转，过程700可以包括：在步骤718处，将第一偏置力施加到层的第一部分，并且将第二偏置力施加到层的第二部分。第一偏置力可以不同于第二偏置力。
如图11所示，在框720处，过程700可以包括：响应于在框712处将层的至少两个航天器从彼此释放，使用将偏置力施加到至少两个相邻航天器之间的偏置装置将至少两个航天器从彼此分离。在一实例中，在框712处将层从堆叠分离的步骤以及在框720处将至少两个航天器从彼此分离的步骤可以以完全无抵抗力的方式执行(例如，不使用航天器上的推进器)。如图12所示，过程700可以包括：在框722处，在释放一个或更多个层中的至少一个层之前，将堆叠从运载火箭释放。
IV.实例变型
在图2至图6H所描绘的实例中，航天器系统112包括具有三个层124A-124C的堆叠122，每层124A-124C具有两个航天器120A-120F。如上所述，在其他实例中，航天器系统112可以包括更多或更少的层124A-124C，和/或每层124A-124C包括更多或更少的航天器120A-120F。一般而言，航天器系统可以包括具有N个层的堆叠，并且每层M个航天器，其中N和M都是整数值，N大于或等于1且M大于或等于2。
另外，在图2至图6H所描绘的实例航天器系统112中，第三航天器120C和第四航天器120D各联接到三个相邻航天器120A-120F。然而，在另一实例中，第三航天器120C和/或第四航天器120D可以联接到两个航天器120A-120F或一个航天器120A-120F。即，当每个航天器120A-120F可以以可释放的方式联接到一个或更多个相邻航天器120A-120F时，在一些实例中，航天器120A-120F不需要联接到每一个相邻航天器120A-120F。
此外，如上所述，偏置装置138A-138I可以便于以无抵抗力的方式将层124A-124C和/或航天器120A-120F从彼此分离。在一个实施方式中，对于每个层124A-124C，可以以完全无抵抗力的方式将层124A-124C从堆叠122分离和/或将层124A-124C中的航天器120A-120F从彼此分离。即，偏置装置138A-138I可以便于分离部件而无需使用航天器120A-120F上的推进系统148。在另一实施方式中，航天器120A-120F可以另外或替代地使用推进系统148以便于将层124A-124C从堆叠122分离和/或将航天器120A-120F从彼此分离。
此外，本公开包括根据以下条款的实例：
条款1、一种航天器系统，该航天器系统包括：堆叠中的多个航天器，其中所述堆叠具有一个或更多个层，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或更多个相邻航天器；以及控制器，所述控制器被构造成，对于每个层：致使所述层从所述堆叠释放，并且在将所述层从所述堆叠释放之后，致使所述层中的所述至少两个航天器从彼此释放。
条款2、根据条款1所述的航天器系统，所述航天器系统进一步包括多个偏置装置，所述多个偏置装置位于所述堆叠中的相邻层之间，
其中所述多个偏置装置将偏置力施加到所述相邻层之间，以便于在将所述层从所述堆叠释放之后将每个层从所述堆叠分离。
条款3、根据条款2所述的航天器系统，其中，对于所述堆叠的每个层，所述多个偏置装置中的至少一个将与所述多个偏置装置中的至少另一个不同的偏置力施加到所述层，使得所述层随着所述层从所述堆叠的分离而旋转。
条款4、根据条款3所述的航天器系统，其中，所述控制器被构造成致使每个层从所述堆叠释放，使得所述多个偏置装置致使所述层围绕垂直于太阳的轴线旋转。
条款5、根据条款3所述的航天器系统，其中，所述多个偏置装置包括多个弹簧，并且其中所述多个偏置装置中的所述至少一个具有与所述多个偏置装置中的所述至少另一个不同的弹簧常数。
条款6、根据条款1所述的航天器系统，所述航天器系统进一步包括多个偏置装置，所述多个偏置装置位于每个层的所述至少两个航天器之间，其中所述多个偏置装置将偏置力施加到所述至少两个航天器之间，以便于在将所述至少两个航天器从彼此释放之后将所述至少两个航天器从彼此分离。
条款7、根据条款1所述的航天器系统，其中，所述控制器被构造成在所述控制器致使所述一个或更多个层中的至少一个层从所述堆叠释放之前致使所述堆叠从运载火箭释放。
条款8、根据条款1所述的航天器系统，其中，所述控制器被构造成将所述一个或更多个层按照从所述堆叠的最顶层到所述堆叠的最底层的顺序逐层地释放。
条款9、根据条款8所述的航天器系统，所述航天器系统进一步包括适配器，所述适配器具有联接到所述堆叠的所述最底层的第一端以及构造成联接到运载火箭的第二端。
条款10、根据条款1所述的航天器系统，其中，所述多个航天器包括第一航天器、第二航天器和第三航天器；其中所述第一航天器和所述第二航天器位于所述堆叠的所述一个或更多个层的第一层中；其中所述第三航天器位于所述堆叠的所述一个或更多个层的第二层中；并且其中所述第一航天器以可释放的方式联接到所述第二航天器和所述第三航天器。
条款11、根据条款10所述的航天器系统，所述航天器系统进一步包括螺母，所述螺母将所述第一航天器以可释放的方式联接到所述第二航天器，其中所述螺母能由所述控制器在第一状态和第二状态之间致动；其中，在所述第一状态下，所述螺母被构造成将所述第一航天器联接到所述第二航天器；并且其中，在所述第二状态下，所述螺母被构造成将所述第一航天器和所述第二航天器从彼此释放。
条款12、一种从运载火箭分配多个航天器的方法，其中所述多个航天器位于具有一个或更多个层的堆叠中，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或更多个相邻航天器，该方法包括：将所述一个或更多个层从所述堆叠逐层地释放；以及对于每个层，在将所述层从所述堆叠释放之后，将所述层的所述至少两个航天器从彼此释放。
条款13、根据条款12所述的方法，所述方法进一步包括：对于每个层，响应于所述层从所述堆叠的释放，使用将偏置力施加到所述层和所述堆叠之间的多个偏置装置将所述层从所述堆叠分离。
条款14、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：对于每个层，随着所述层从所述堆叠分离，使所述层围绕轴线旋转。
条款15、根据条款14所述的方法，其中，所述轴线垂直于所述太阳。
条款16、根据条款14所述的方法，其中，使所述层围绕轴线旋转的步骤包括：将第一偏置力施加到所述层的第一部分并且将第二偏置力施加到所述层的第二部分，并且其中所述第一偏置力不同于所述第二偏置力。
条款17、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：响应于所述层的所述至少两个航天器从彼此的释放，使用将偏置力施加到所述一个或更多个相邻航天器之间的偏置装置将所述至少两个航天器从彼此分离。
条款18、根据条款17所述的方法，其中，以完全无抵抗力的方式将所述层从所述堆叠分离以及将所述至少两个航天器从彼此分离。
条款19、根据条款12所述的方法，所述方法进一步包括：在释放所述一个或更多个层中的至少一个层之前，将所述堆叠从所述运载火箭释放。
条款20、一种非瞬时计算机可读介质，该非瞬时计算机可读介质存储有程序指令，所述程序指令在由控制器执行时致使航天器系统执行一系列动作，其中所述航天器系统包括堆叠中的多个航天器，所述堆叠具有一个或更多个层，每个层均包括至少两个航天器，并且每个航天器均以可释放的方式联接到所述堆叠中的一个或更多个相邻航天器，所述一系列动作包括：将所述一个或更多个层从所述堆叠逐层地释放；以及对于每个层，在将所述层从所述堆叠释放之后，将所述层的所述至少两个航天器从彼此释放。
上文已经描述了实例方面。在研究本文中描述的构造、实例和布置之后，技术人员然而可理解，可在不脱离本公开的真实范围和精神的情况下作出改变和修改。对不同有利方面的描述已出于说明和描述的目的呈现，并且不旨在是穷尽的或者限于所公开的形式。在阅读本公开之后，许多修改和变型对于本领域普通技术人员将变得显而易见。此外，不同的有利方面可提供与其他有利方面比较不同的优点。所选择的实例方面被选中并描述以便说明本公开、实际应用的原理，并且使本领域普通技术人员能够利用适合于预期的特定用途的各种修改理解本公开。

Claims (10)

1.一种航天器(120A-120F)系统(112)，该航天器(120A-120F)系统(112)包括：
处于堆叠(122)中的多个航天器(120A-120F)，其中所述堆叠(122)具有多个层(124A-124C)，每个层(124A-124C)均包括所述多个航天器(120A-120F)中的至少两个航天器(120A-120F)，并且每个航天器(120A-120F)均以可释放的方式联接到所述堆叠(122)中的所述多个航天器(120A-120F)中的两个或更多个相邻航天器(120A-120F)；
控制器(136)，所述控制器(136)被构造成，对于每个层(124A-124C)：
致使所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)释放，并且
在将所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)释放之后，致使所述层(124A-124C)中的所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此释放；以及
多个偏置装置(138A-138I)，所述多个偏置装置(138A-138I)位于所述堆叠(122)中的相邻层(124A-124C)之间，
其中所述多个偏置装置(138A-138I)将偏置力施加到所述相邻层(124A-124C)之间，以便于在将所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)释放之后将每个层(124A-124C)从所述堆叠(122)分离，
其中，对于所述堆叠(122)的每个层(124A-124C)，所述多个偏置装置(138A-138I)中的至少一个偏置装置将与所述多个偏置装置(138A-138I)中的至少另一个偏置装置不同的偏置力施加到所述层(124A-124C)，使得所述层(124A-124C)随着所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)分离而旋转。
2.根据权利要求1所述的航天器(120A-120F)系统(112)，其中，满足以下至少一条：
所述控制器(136)被构造成致使每个层(124A-124C)从所述堆叠(122)释放，使得所述多个偏置装置(138A-138I)致使所述层(124A-124C)围绕垂直于太阳的轴线(658，664，668)旋转；以及
所述多个偏置装置(138A-138I)包括多个弹簧，并且其中所述多个偏置装置(138A-138I)中的所述至少一个偏置装置具有与所述多个偏置装置(138A-138I)中的所述至少另一个偏置装置不同的弹簧常数。
3.根据权利要求1所述的航天器(120A-120F)系统(112)，所述航天器(120A-120F)系统(112)进一步包括多个偏置装置(138A-138I)，所述多个偏置装置(138A-138I)位于每个层(124A-124C)的所述至少两个航天器(120A-120F)之间，
其中所述多个偏置装置(138A-138I)将偏置力施加到所述至少两个航天器(120A-120F)之间，以便于在将所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此释放之后将所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此分离。
4.根据权利要求1所述的航天器(120A-120F)系统(112)，其中，所述控制器(136)被构造成在所述控制器(136)致使所述多个层(124A-124C)中的至少一个层从所述堆叠(122)释放之前致使所述堆叠(122)从运载火箭(116)释放。
5.根据权利要求1所述的航天器(120A-120F)系统(112)，其中，所述控制器(136)被构造成将所述多个层(124A-124C)按照从所述堆叠(122)的最顶层(124A)到所述堆叠(122)的最底层(124C)的顺序逐层地释放，并且所述航天器(120A-120F)系统(112)进一步包括适配器(126)，所述适配器(126)具有联接到所述堆叠(122)的所述最底层(124C)的第一端(128)以及构造成联接到运载火箭(116)的第二端(130)。
6.根据权利要求1所述的航天器(120A-120F)系统(112)，其中，所述多个航天器(120A-120F)包括第一航天器(120A)、第二航天器(120B)和第三航天器(120C)；
其中所述第一航天器(120A)和所述第二航天器(120B)位于所述堆叠(122)的所述多个层(124A-124C)的第一层(124A)中；
其中所述第三航天器(120C)位于所述堆叠(122)的所述多个层(124A-124C)的第二层(124B)中；并且
其中所述第一航天器(120A)以可释放的方式联接到所述第二航天器(120B)和所述第三航天器(120C)，并且所述航天器(120A-120F)系统(112)进一步包括
螺母(238)，所述螺母(238)将所述第一航天器(120A)以可释放的方式联接到所述第二航天器(120B)，
其中所述螺母(238)能由所述控制器(136)在第一状态和第二状态之间致动；
其中，在所述第一状态下，所述螺母(238)被构造成将所述第一航天器(120A)联接到所述第二航天器(120B)；并且
其中，在所述第二状态下，所述螺母(238)被构造成将所述第一航天器(120A)和所述第二航天器(120B)从彼此释放。
7.一种从运载火箭(116)分配多个航天器(120A-120F)的方法，其中所述多个航天器(120A-120F)位于具有多个层(124A-124C)的堆叠(122)中，每个层(124A-124C)均包括所述多个航天器(120A-120F)中的至少两个航天器(120A-120F)，并且每个航天器(120A-120F)均以可释放的方式联接到所述堆叠(122)中的所述多个航天器(120A-120F)的两个或更多个相邻航天器(120A-120F)，该方法包括：
将所述多个层(124A-124C)从所述堆叠(122)逐层地释放；以及
对于每个层(124A-124C)，在将所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)释放之后，将所述层(124A-124C)的所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此释放，
所述方法进一步包括：对于每个层(124A-124C)，响应于所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)的释放，使用将偏置力施加到所述层(124A-124C)和所述堆叠(122)之间的多个偏置装置(138A-138I)将所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)分离，
所述方法进一步包括：对于每个层(124A-124C)，随着所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)分离，使所述层(124A-124C)围绕轴线(658，664，668)旋转，其中，使所述层围绕轴线旋转的步骤包括：将第一偏置力施加到所述层的第一部分并且将第二偏置力施加到所述层的第二部分，并且其中所述第一偏置力不同于所述第二偏置力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述轴线(658，664，668)垂直于太阳。
9.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：响应于所述层(124A-124C)的所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此的释放，使用将偏置力施加到所述两个或更多个相邻航天器(120A-120F)之间的偏置装置(138A-138I)将所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此分离，并且其中以完全无抵抗力的方式将所述层(124A-124C)从所述堆叠(122)分离以及将所述至少两个航天器(120A-120F)从彼此分离。
10.根据权利要求7所述的方法，所述方法进一步包括：在释放所述多个层(124A-124C)中的至少一个层之前，将所述堆叠(122)从所述运载火箭(116)释放。
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