CN108910090A - 一种星敏感器和热控装置一体化安装支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，包括星敏感器支架、辐射板支架、角盒、辐射板遮阳帘撑杆，外围设备包括星敏感器、辐射板、热管、遮阳帘。本发明的支架能够实现星敏感器和其高精度热控装置(包括热管、辐射板等)的一体化安装，从而实现星敏感器能够脱离航天器结构舱板，独立安装在航天器舱外或者相机上，为实现星敏感器与相机一体化安装奠定了基础；同时，本发明的支架能够优化星敏热辐射器的外热流条件，以最小的代价实现星敏的高精度控温。

Description

一种星敏感器和热控装置一体化安装支架

技术领域

本发明属于航天技术和设备领域，涉及一种星敏感器和其高精度热控装置一体化安装的支架。

背景技术

星敏感器为卫星姿态测量部件，具有测量精度高的优点，目前越来越广泛应用于通信、导航、遥感等领域卫星。星敏感器测量精度与其温度条件密切相关。同时由于温度变化导致星敏感器结构以及内部光学系统热变形，最终影响星敏感器测量精度，因此高精度输出的星敏感器对其温度稳定性及温度均匀性均有较高要求。目前遥感卫星的姿态测量精度要求普遍高于通信导航卫星，因此遥感卫星对星敏感器的热控设计及安装条件提出了更高的需求。GEO轨道卫星在轨寿命周期长，且安装在星体外的星敏感器每天都会经历长时间光照及长时间阴影，尤其GEO光学遥感卫星具有整星姿态滚动俯仰机动能力致使外热流条件更加恶化。复杂外热流条件下的星敏感器通常采用“辐射器散热+热管耦合+ 加热器补偿”的热控方案。

根据以往东四平台卫星设计经验，星敏感器及其热辐射器分别通过支架安装在卫星平台舱板表面，然后通过热管连接星敏设备和辐射器实现热耦合。该方案不适用于高精度需求的遥感卫星，首先星敏设备与辐射器通过不同支架安装在星本体上，在力或热的作用下容易产生相对变形，通过热管硬连接致使星敏光轴产生偏移，星敏设备与辐射器等热控组件安装在同一结构可有效规避此类问题；其次遥感卫星需要尽可能维持星敏光轴及相机光轴夹角的稳定性以保证载荷相机的指向精度，星敏需要安装在相机承力结构上以减少影响相机与星敏光轴夹角稳定性的环节，附近往往没有舱板可以独立安装星敏感器的散热面。

发明内容

本发明的技术解决问题：为克服现有技术不足，提供一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，将星敏感器和其高精度热控装置一体化设计，确保卫星全周期星敏感器的热控装置的可靠性。

本发明的技术解决方案：

一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，包括星敏感器支架、辐射板、辐射板支架一、辐射板支架二、热管、遮阳帘、遮阳帘撑杆和角盒，

星敏感器支架固定连接在底座上，星敏感器安装在星敏感器支架上，辐射板支架一、辐射板支架二分别安装在星敏感器支架上，并位于星敏感器两侧；辐射板通过角盒固定连接在辐射板支架一和辐射板支架二上，通过角盒调整辐射板与辐射板支架一、辐射板支架二的夹角；

热管一端固定连接在星敏感器后罩上，另一端与辐射板连接；

辐射板顶部安装至少两根遮阳帘撑杆，遮阳帘固定连接在遮阳帘撑杆上；

星敏感器和热控装置组合体安装到航天器的相机上预定位置。

辐射板支架一、辐射板支架二为蜂窝夹层板。

辐射板内预埋至少一根横向热管，与外贴的纵向热管组成热管正交网络。

星敏感器支架包括安装底座、支撑筒和上法兰，安装底座的安装接口与相机提供的安装空间相适应，支撑筒为薄壁筒壳结构，支撑星敏感器和热控装置所有载荷，上法兰与星敏感器安装，上法兰上开槽，以避让星敏感器后罩和热管，上法兰两侧与辐射板支架固定连接。

星敏感器支架还包括下法兰，下法兰与航天器连接，上法兰与下法兰偏离角度为0°±2’～28°±2’。

辐射板的安装角度由辐射板支架的形状和角盒的角度共同决定。

辐射板正面全表面和背面上部粘贴OSR片。

从星敏感器支架的上法兰提供的辐射板支架安装区域的法向方向延伸至辐射板背面，避让辐射板上贴OSR片的位置，分别得到辐射板支架一、辐射板支架二的形状。

相邻横向热管间距为100～200mm。

有益效果：

(1)本发明将星敏感器的热控装置与星敏感器统一安装后，星敏热控装置完全与卫星独立，不依靠舱板或者其他结构安装，减少了星敏感器与其他设备之间的热耦合效应，也减少了舱板热变形导致星敏感器的热变形效应，保证了卫星全周期星敏感器的热控装置的可靠性；

(2)本发明星敏感器和其高精度热控装置通过一体化支架组装成整体后对外接口简单可靠、热传导少，安装适应性强，可以安装在卫星平台或者相机上，为星敏感器与相机一体化安装创造了条件。

附图说明

图1为本发明星敏感器与热控装置一体化支架的组成示意图，其中a为主视图，b为俯视图；

图2为本发明星敏感器组成示意图；

图3为本发明星敏感器高精度热控装置示意图；

图4为本发明星敏感器与热控装置一体化支架的示意图；

图5为本发明星敏感器辐射板支架形状设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细描述。

一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，如图1、图4所示，包括星敏感器支架1、辐射板3、辐射板支架一4、辐射板支架二5、热管6、遮阳帘8、遮阳帘撑杆9和角盒10，

星敏感器支架1固定连接在底座上，并将底座固定在地面装配工装上，星敏感器安装在星敏感器支架1上，如图5所示，辐射板支架一4、辐射板支架二5分别安装在星敏感器支架1上，并位于星敏感器两侧；辐射板3通过角盒 10固定连接在辐射板支架一4和辐射板支架二5上，通过角盒10调整辐射板3 与辐射板支架一4、辐射板支架二5的夹角；

星敏感器支架1包括安装底座11、支撑筒12和上法兰13，安装底座11的安装接口与相机提供的安装空间相适应，支撑筒12为薄壁筒壳结构，支撑星敏感器和热控装置所有载荷，上法兰13上开槽，以避让星敏感器后罩和热管6，上法兰13两侧与辐射板支架固定连接。

热管6一端固定连接在星敏感器后罩上，另一端与辐射板3连接；

辐射板3顶部安装至少两根遮阳帘撑杆9，遮阳帘8固定连接在遮阳帘撑杆9上；

星敏感器和热控装置组合体安装到航天器的相机上预定位置；

辐射板支架一4、辐射板支架二5为蜂窝夹层板。

横向热管的数量和辐射板面积有关，如果射板面积较小，可以不设横向热管，在辐射板面积较大情况下，辐射板3内预埋至少一根横向热管，横向管间距100-200mm，与外贴的纵向热管6组成热管正交网络，热管在横纵在交叉处有接触，使其散热更好。

上法兰与星敏安装，下法兰与卫星安装，二者之间轴线偏向角为0°-28°，精度为2’，以保证星敏感器的安装角度。辐射板3的安装角度由辐射板支架的形状和角盒10的角度共同决定。辐射板3正面全表面和背面上部粘贴OSR片。从星敏感器支架1的上法兰13提供的辐射板支架安装区域的法向方向延伸至辐射板3背面，避让辐射板3上贴OSR片的位置，分别得到辐射板支架一4、辐射板支架二5的形状。

以某高轨遥感卫星星敏感器安装支架为例：

某高轨遥感卫星上的星敏感器2和高精度热控装置如图2所示。为减少星敏感器姿态测量与相机成像指向之间的精度误差，要求星敏感器直接安装在卫星的相机上，星敏感器的光轴方向与卫星坐标系的关系如下表所示，可分解为星敏感器光轴与卫星XOY平面夹角为13°，星敏感器光轴在卫星XOY平面的投影与卫星Y轴夹角25°。其中13°角度通过星敏感器支架实现，25°角度通过星敏感器支架在相机上安装位置实现。

表1星敏感器光轴与卫星坐标系的关系

	卫星X方向	卫星Y方向	卫星Z方向
				星敏感器光轴指向	114.3171°	152.0161°	77°

如图2所示，星敏感器包括后罩14、安装法兰15、遮光罩16三部分。星敏感器后罩粘贴2根外贴热管6，热管引出安装在辐射板3的背面。辐射板要求安装在星敏遮光罩16开口的上部，法向方向与卫星坐标系如表2所示。辐射板正面全表面和背面上部30mm贴OSR片，辐射板。辐射板顶部需设置60mm 宽度的遮阳帘8，如图3所示，遮阳帘材料为镀铝膜。辐射板总重约1.8kg。

表2星敏感器辐射板法向方向与卫星坐标系的关系

	卫星X方向	卫星Y方向	卫星Z方向
				星敏感器辐射板法向方向	90°	7°	97°

若在星敏感器支架中心建立坐标系如图4所示，上法兰法向方向为+Z，热管延伸方向为+X，+Y靠右手法则确定。辐射板下沿中心点在坐标系里的位置如表3所示，辐射板方向要求如表4所示。

表3星敏感器辐射板下沿中心点在星敏感器支架坐标系的位置

表4星敏感器辐射板法向方向与星敏感器支架坐标系的关系

由于相机安装在卫星的舱外，星敏感器安装位置附近没有卫星的舱板和其它结构可以支撑星敏感器上方远离其他结构、有特殊角度和位置要求、有一定重量的高精度热控装置。

星敏感器支架1包括安装底座11，支撑筒12，上法兰13。安装底座11的安装接口与相机提供的安装空间相适应。某相机给星敏感器提供100X120mm 大小的安装面积。支撑筒12支撑了星敏感器和热控装置所有载荷，采用薄壁筒壳结构形式。上法兰与下法兰角度为13°精度2’，保证了星敏感器的安装角度。上法兰提供星敏感器的安装接口，同时开槽对星敏感器的后罩和热管进行避让，两侧提供辐射板支架的安装接口。

星敏感器支架采用钛合金材料，刚度好，热稳定性高，与相机的主承力结构材料匹配。

星敏感器支架与相机、星敏感器之间均采用聚酰亚胺隔热垫进行隔热安装，最大限度地减少星敏感器与相机之间的热传导，保证星敏感器和相机各自的高精度独立控温。

星敏感器支架支撑筒12和上法兰13上粘贴加热片和热敏电阻，对星敏感器支架进行独立控温，减小星敏感器支架热变形效应。

辐射板支架一4、辐射板支架二5分别安装在星敏感器支架上，位置位于星敏感器两侧。为了避让星敏后罩伸出延伸到辐射板背面的热管，辐射板支架采用两块蜂窝夹层板的形式，在保证热控装置刚度的同时减轻支架的重量，同时装配简单、可靠。

辐射板3与星敏感器支架坐标系的位置和角度见表3和表4，辐射板3的安装角度通过辐射板支架的形状设计和角盒的角度设计来实现。具体方法为：如图所示，从星敏感器支架1上法兰13提供的辐射板支架安装区域的法向方向延伸至辐射板3背面，避让辐射板3上贴OSR片的位置，分别得到辐射板支架一4、辐射板支架二5的形状。辐射板支架一4、辐射板支架二5与辐射板3 之间的夹角为65.405°和114.595°，因此角盒10分成两种，分别为114.595°夹角的角盒和65.405°夹角的角盒。

辐射板支架一4和辐射板支架二5在星敏感器精测镜光路位置开孔避让。

辐射板3与角盒10，辐射板支架一4、辐射板支架二5与角盒10之间均采用聚酰亚胺隔热垫进行隔热处理。

辐射板3采用铝蜂窝夹层材料，板内预埋3根横向热管，与外贴的纵向热管6组成热管正交网络。

辐射板顶部安装3根遮阳帘撑杆，用于支撑遮阳帘。遮阳帘为镀铝膜。

星敏感器和热控装置的安装流程如下：

(1)将热管通过卡箍安装在星敏感器后罩上；

(2)将星敏感器支架底座固定在地面装配工装上；

(3)将星敏感器安装到星敏感器支架上；

(4)安装辐射板支架一、辐射板支架二、角盒；

(5)安装星敏辐射板；

(6)安装星敏辐射板遮阳帘撑杆、遮阳帘；

(7)通过卡箍7将热管与星敏辐射板连接；

(8)将星敏感器和热控装置组合体安装到航天器的相机上预定位置。

本实施案例解决了高轨航天器上的星敏感器和其热控装置一体化安装问题，一体化安装支架综合考虑了星敏高精度热控和小热变形的要求，为星敏感器与相机实现一体化安装创造了条件，具有结构新颖，质量轻等优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，包括星敏感器支架(1)、辐射板(3)、辐射板支架一(4)、辐射板支架二(5)、热管(6)、热管卡箍(7)、遮阳帘(8)、遮阳帘撑杆(9)和角盒(10)，

星敏感器支架(1)固定连接在底座上，星敏感器安装在星敏感器支架(1)上，辐射板支架一(4)、辐射板支架二(5)分别安装在星敏感器支架(1)上，并位于星敏感器两侧；辐射板(3)通过角盒(10)固定连接在辐射板支架一(4)和辐射板支架二(5)上，通过角盒(10)调整辐射板(3)与辐射板支架一(4)、辐射板支架二(5)的夹角；

热管(6)一端固定连接在星敏感器后罩上，另一端与辐射板(3)连接；

辐射板(3)顶部安装至少两根遮阳帘撑杆(9)，遮阳帘(8)固定连接在遮阳帘撑杆(9)上；

星敏感器和热控装置组合体安装到航天器的相机上预定位置。

2.根据权利要求1所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，辐射板支架一(4)、辐射板支架二(5)为蜂窝夹层板。

3.根据权利要求1所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，辐射板(3)内预埋至少一根横向热管，与外贴的纵向热管(6)组成热管正交网络。

4.根据权利要求1所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，星敏感器支架(1)包括安装底座(11)、支撑筒(12)和上法兰(13)，安装底座(11)的安装接口与相机提供的安装空间相适应，支撑筒(12)为薄壁筒壳结构，支撑星敏感器和热控装置所有载荷，上法兰(13)与星敏感器安装，上法兰(13)上开槽，以避让星敏感器后罩和热管(6)，上法兰(13)两侧与辐射板支架固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，星敏感器支架(1)还包括下法兰，下法兰与航天器连接，上法兰(13)与下法兰偏离角度为0°±2’～28°±2’。

6.根据权利要求5所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，辐射板(3)的安装角度由辐射板支架的形状和角盒(10)的角度共同决定。

7.根据权利要求6所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，辐射板(3)正面全表面和背面上部粘贴OSR片。

8.根据权利要求7所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，从星敏感器支架(1)的上法兰(13)提供的辐射板支架安装区域的法向方向延伸至辐射板(3)背面，避让辐射板(3)上贴OSR片的位置，分别得到辐射板支架一(4)、辐射板支架二(5)的形状。

9.根据权利要求3所述的一种星敏感器和热控装置一体化安装支架，其特征在于，相邻横向热管间距为100～200mm。