CN109018432A - 多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局 - Google Patents

多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局,通过偏心偏转高精高稳安装布局,有效保障激光雷达等主动探测类载荷苛刻工作环境;通过共基准安装、减传递路径等手段,满足双偏振载荷角分级视场配准低变形精度协同观测要求,并简化系统间接口界面;基于现有混合嵌套分层阶梯式卫星平台构型,实现了同平台多类不同包络、重量、使用要求的主被动结合、多手段综合的复杂约束载荷/天线/姿态敏感器的总体安装布局,降低卫星研制风险和成本,缩短卫星研制周期。本发明可以应用于具有大体积包络、大集中质量、大热流密度、高精高稳安装、复杂视场约束的同平台多类不同包络重量载荷协同观测要求的低轨综合遥感卫星。

Description

多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局
技术领域
本发明涉及空间飞行器总体技术领域,具体涉及一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局。
背景技术
随着气象、环境等应用领域天基定量遥感观测任务需求的不断发展升级,遥感载荷体积和质量越来越大,探测仪器类型越来越多,探测精度要求越来越高,不同类别载荷协同融合观测新手段不断出现,在现有运载火箭承载能力下,遥感卫星布局的约束越来越复杂苛刻,各方面综合要求和集成度越来越高。为了满足具有大体积包络、大集中质量、大热流密度、高精高稳安装、复杂视场约束的同平台多类不同包络重量载荷协同观测要求的低轨综合遥感卫星安装布局要求,上海卫星工程研究所基于变型设计理论,在已有成熟卫星平台构型基础上创新性地提出了一种基于混合嵌套分层阶梯式卫星平台构型。针对该混合嵌套分层阶梯式卫星平台构型,本发明提供了一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局及其实现方法,并已在国家民用空间基础设施大气环境监测领域相关卫星型号研制中应用实施。
发明内容
为了满足气象环境领域新任务的发展需求,本发明旨在提供一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局。
为了达到上述目的,本发明具体通过以下技术方案实现:
一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局,主要是指在由大截面推进服务舱和对地面相对内凹的小截面载荷舱构成的混合嵌套分层阶梯式卫星舱进行星外部件布局和星内单机设备布局,所述星外部件布局是指激光雷达、宽幅成像光谱仪、紫外大气成分探测仪、数传天线、地平仪、测控天线、双偏振探测仪等载荷/天线/姿态敏感器,按运载火箭包络、观测视场及安装精度等约束要求协调匹配地从上至下地依次布置在阶梯式卫星舱对地面的恰当位置,星内单机设备布局是指在卫星舱内就近布置与星外部件相关的单机设备;
其中,大体积大质量的激光雷达安装在位于主承力路径的具有大安装面的载荷舱顶板上;中等体积和质量的宽幅成像光谱仪、紫外大气成分探测仪安装在相对内凹的载荷舱对地板上,载荷舱对地板背面且就近宽幅成像光谱仪区域安装单头星敏感器;具有大范围运动空间和视场包络要求的二维驱动数传天线安装在推进服务舱上部对地板;具有低相对变形要求的协同融合观测双偏振探测仪安装在推进服务舱下部对地板。
进一步地,所述大体积大质量激光雷达通过其箱体框架转接形式实现与载荷舱顶板的大安装面安装连接,有效分散大质量集中载荷。
进一步地,所述大体积大质量激光雷达及其箱体框架整体质心相对卫星中轴线(与星箭连接环中轴线重合)的横向偏移量不大于一定数值,具体由运载火箭要求、卫星构型、单机配置及布局综合确定。
进一步地,所述大体积大质量激光雷达及其箱体框架相对卫星中轴线(与星箭连接环中轴线重合)偏转一定小角度安装,具体数值由卫星轨道高度、地表反射率、激光雷达接收望远镜口径等相关参数综合确定。
进一步地,所述大体积大质量激光雷达在载荷舱顶板偏转安装到位后,其遮光罩一端是偏向卫星背阳面的。
进一步地,所述大体积大质量激光雷达的背阳面布置多头星敏感器组合,其散热板对地侧上端布置太阳敏感器。
进一步地,所述具有大范围运动空间和视场包络要求的两副二维驱动数传天线左右对称布置在推进服务舱上部对地板,两者距离不小于一定长度,具体数值由数传天线、运载火箭包络及卫星构型等相关参数确定,两副数传天线中间布置地平仪。
进一步地,所述协同融合观测的双偏振探测仪由双偏振共同安装底板、高精度偏振扫描仪和多角度偏振成像仪组成,一体安装在推进服务舱下部对地板,双偏振探测仪的两侧斜上方分别布置测控天线。
进一步地,所述激光雷达、宽幅成像光谱仪、紫外大气成分探测仪、双偏振、测控天线、数传天线、单头星敏感器、多头星敏感器组合、地平仪、太阳敏感器等载荷/天线/姿态敏感器的观测视场均不被遮挡。
进一步地,所述载荷舱顶板内埋一体化框架,与所述激光雷达箱体形框架隔热连接,进一步保证安装孔位精度、安装面平面度,继而保证受力均匀性和稳定性。
进一步地,所述多头星敏感器组合通过高稳定性星敏支架一体安装在激光雷达的光学基板上,实现与激光雷达发射与接收光学系统的共基准安装。
进一步地,所述星敏支架与光学基板采用同种低热膨胀系数材料,实现两者低热变形及热变形匹配。
进一步地,所述高精度偏振扫描仪和多角度偏振成像仪首先并列隔热安装在共同底板上,然后通过共同安装底板导热安装在推进服务舱下部对地板,简化双偏振探测仪低相对变形保证系统间接口界面。
进一步地,所述推进服务舱下部对地板内埋一体化框架,与双偏振探测仪共同安装底板导热连接。
进一步地,所述推进服务舱下部对地板内埋一体化框架与双偏振探测仪共同安装底板采用同种热膨胀系数的高导热材料,实现两者热变形一致性,保证双偏振探测仪低相对变形控制要求。
与国内外目前公开的遥感卫星布局相比,本发明提供的一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局具有以下有益效果:
1)提出并实施了大体积包络、大集中质量、大热流密度、高精度指向激光雷达类主动探测载荷的偏心偏转高精高稳安装布局及其实现方法;
2)提出并实施了满足角分级视场配准精度协同观测要求的双偏振载荷共基准安装低相对变形布局及其实现方法;
3)提出并实施了同平台多类不同包络、重量、使用要求的主被动结合、多手段综合的复杂约束载荷/天线/姿态敏感器的总体安装布局及其实现方法。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为卫星对地面布局示意图;
图2为载荷舱顶板布局示意图;
图3为平台对地面布局示意图;
图4为推进舱对地面布局示意图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图,下文将更详细地描述本发明。然而,本发明可以以许多不同形式实现,并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反,提出这些实施例是为了达成充分及完整公开,并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中,为清楚起见,可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
应理解,本发明的描述/图示为单个单元的部分可存在于两个或两个以上的物理上独立但合作实现所描述/图示之功能的实体。此外,描述/图示为两个或两个以上物理上独立的部分可集成入一个单独的物理上实体以进行所描述/图示的功能。
现结合附图1~4,详细描述根据本发明实施例的多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局及其实现方法。
如图1、图2、图3、图4所示,本发明提供的一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局及其实现方法,主要涉及星箭连接环001、卫星中轴线(虚拟轴线,与星箭连接环001中轴线重合)、推进服务舱100、载荷舱200和电池阵301等。推进服务舱100布局主要涉及下部对地板101、下部对地板内埋框架101.1(虚线部分)、测控天线102、双偏振探测仪110、双偏振安装底板111、高精度偏振扫描仪112、多角度偏振成像仪113、上部对地板105、数传天线106、地平仪107。载荷舱200布局主要涉及对地板201、宽幅成像光谱仪202、紫外大气成分探测仪203、单头星敏感器204、顶板205、顶板内埋框架205.1、激光雷达210、激光雷达框架211、激光雷达光学基板212、激光雷达遮光罩213、激光雷达散热板214、太阳敏感器218、三头星敏感器组合219、星敏支架219.1。
本实施例描述的多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局,主要是指在由大截面推进服务舱100和对地面相对内凹的小截面载荷舱200构成的混合嵌套分层阶梯式卫星舱进行星外部件布局和星内单机设备布局。星外部件布局主要包括激光雷达210、宽幅成像光谱仪202、紫外大气成分探测仪203、数传天线106、地平仪107、测控天线102、高精度偏振111、多角度偏振112等载荷/天线/姿态敏感器,按运载火箭包络、观测视场及安装精度等约束要求协调匹配地从上至下地依次布置在阶梯式卫星舱对地面的恰当位置;星内单机设备布局是指在卫星舱内就近布置与星外部件相关的单机设备。其中,大体积大质量的激光雷达210安装在位于主承力路径的具有大安装面的载荷舱200顶板205上;中等体积和质量的宽幅成像光谱仪202、紫外大气成分探测仪203安装在相对内凹的载荷舱200对地板201上,载荷舱200对地板201背面且就近宽幅成像光谱仪202区域安装单头星敏感器204;具有大范围运动空间和视场包络要求的二维驱动数传天线106安装在推进服务舱100上部对地板105;具有低相对变形要求的协同融合观测的双偏振探测仪110安装在推进服务舱100下部对地板101。
大体积大质量激光雷达210通过其箱体形框架211转接形式实现与载荷舱200顶板205的大安装面安装连接,有效分散大质量集中载荷。
大体积大质量激光雷达210及其箱体形框架211的整体质心相对卫星中轴线002的横向偏移量不大于一定数值,具体由运载火箭要求、卫星构型、单机配置及布局综合确定。
大体积大质量激光雷达210及其箱体形框架211需相对卫星中轴线002偏转一定小角度安装,具体数值由卫星轨道高度、地表反射率、激光雷达210接收望远镜口径等相关参数综合确定。
大体积大质量激光雷达210在载荷舱200顶板205偏转安装到位后,其遮光罩213一端是偏向卫星背阳面的。
大体积大质量激光雷达210的背阳面布置三头星敏感器组合219,其散热板214对地侧上端布置太阳敏感器218。
大范围运动空间和视场包络要求的两副二维驱动数传天线106左右对称布置在推进服务舱100上部对地板105,两者距离不小于一定长度,具体数值由数传天线106、运载火箭包络及卫星构型等相关参数确定,两副数传天线106中间布置地平仪107。
协同融合观测的双偏振探测仪110由双偏振安装底板111、高精度偏振扫描仪112和多角度偏振成像仪113组成,两者并列一体安装在推进服务舱100下部对地板101,双偏振探测仪110的两侧斜上方分别布置测控天线102。
激光雷达210、宽幅成像光谱仪202、紫外大气成分探测仪203、双偏振探测仪110、测控天线102、数传天线106、单头星敏感器204、三头星敏感器组合219、地平仪107、太阳敏感器218等载荷/天线/姿态敏感器的观测视场均不被遮挡。
载荷舱200顶板205内埋一体化框架205.1,与激光雷达210的箱体形框架211隔热连接,进一步保证安装孔位精度、安装面平面度,继而保证受力均匀性和稳定性。
三头星敏感器组合219通过高稳定性星敏支架219.1一体安装在激光雷达210的光学基板212上,实现与激光雷达210发射与接收光学系统的共基准安装。
星敏支架219.1与激光雷达210的光学基板212采用同种低热膨胀系数材料,实现两者低热变形及热变形匹配。
高精度偏振扫描仪112和多角度偏振成像仪113首先并列隔热安装在底板111上,然后通过底板111导热安装在推进服务舱100下部对地板101,简化双偏振探测仪110低相对变形保证系统间接口界面。
推进服务舱100下部对地板101内埋一体化框架101.1,与双偏振探测仪110的安装底板111导热连接。
推进服务舱100下部对地板101内埋一体化框架101.1与双偏振探测仪110的安装底板111采用同种热膨胀系数的高导热材料,实现两者热变形一致性,保证双偏振探测仪110低相对变形控制要求。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一,第二等词语用来表示名称,而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种多载荷协同观测的高精度综合遥感卫星布局,其特征在于,大体积大质量的激光雷达安装在位于主承力路径的具有大安装面的载荷舱顶板上;中等体积和质量的宽幅成像光谱仪、紫外大气成分探测仪安装在相对内凹的载荷舱对地板上,载荷舱对地板背面且就近宽幅成像光谱仪区域安装单头星敏感器;具有大范围运动空间和视场包络要求的二维驱动数传天线安装在推进服务舱上部对地板;具有低相对变形要求的协同融合观测双偏振探测仪安装在推进服务舱下部对地板。
2.根据权利要求1所述的卫星布局,其特征在于,所述大体积大质量激光雷达通过其箱体框架转接形式实现与载荷舱顶板的大安装面安装连接,有效分散大质量集中载荷,所述大体积大质量激光雷达在载荷舱顶板偏转安装到位后,其遮光罩一端偏向卫星背阳面;所述大体积大质量激光雷达的背阳面布置多头星敏感器组合,其散热板对地侧上端布置太阳敏感器。
3.根据权利要求1所述的卫星布局,其特征在于,所述大体积大质量激光雷达及其箱体框架整体质心相对卫星中轴线的横向偏移量不大于一定数值,具体由运载火箭要求、卫星构型、单机配置及布局综合确定,且所述大体积大质量激光雷达及其箱体框架相对卫星中轴线偏转一定小角度安装,具体数值由卫星轨道高度、地表反射率、激光雷达接收望远镜口径参数综合确定。
4.根据权利要求1所述的卫星布局,其特征在于,所述具有大范围运动空间和视场包络要求的两副二维驱动数传天线左右对称布置在推进服务舱上部对地板,两者距离不小于一定长度,具体数值由数传天线、运载火箭包络及卫星构型参数确定,两副数传天线中间布置地平仪。
5.根据权利要求1所述的卫星布局,其特征在于,所述协同融合观测的双偏振探测仪由双偏振共同安装底板、高精度偏振扫描仪和多角度偏振成像仪组成,一体安装在推进服务舱下部对地板,双偏振探测仪的两侧斜上方分别布置测控天线。
6.根据权利要求1-5任一项所述的卫星布局,其特征在于,所述激光雷达、宽幅成像光谱仪、紫外大气成分探测仪、双偏振探测仪、测控天线、数传天线、单头星敏感器、多头星敏感器组合、地平仪、太阳敏感器的观测视场均不被遮挡。
7.根据权利要求1所述的卫星布局,其特征在于,所述载荷舱顶板内埋一体化框架,与所述激光雷达箱体形框架隔热连接,进一步保证安装孔位精度、安装面平面度,继而保证受力均匀性和稳定性。
8.根据权利要求2所述的卫星布局,其特征在于,所述多头星敏感器组合通过高稳定性星敏支架一体安装在激光雷达的光学基板上,实现与激光雷达发射与接收光学系统的共基准安装,该星敏支架与光学基板采用同种低热膨胀系数材料,实现两者低热变形及热变形匹配。
9.根据权利要求5所述的卫星布局,其特征在于,所述高精度偏振扫描仪和多角度偏振成像仪首先并列隔热安装在共同底板上,然后通过共同安装底板导热安装在推进服务舱下部对地板,简化双偏振探测仪低相对变形保证系统间接口界面。
10.根据权利要求5所述的卫星布局,其特征在于,所述推进服务舱下部对地板内埋一体化框架与双偏振探测仪共同安装底板导热连接,采用同种热膨胀系数的高导热材料,实现两者热变形一致性,保证双偏振探测仪低相对变形控制要求。
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