CN109747865B - 一种模块化的子母卫星系统 - Google Patents

Abstract

一种模块化的子母卫星系统，通过母星平台及母星平台携带的备选功能模块，接收地面遥控指令进行在轨子星分系统拼装，解决了现有子星与母星共同发射时，无法针对卫星任务信息进行在轨调整的问题，同时通过无线通信及磁力吸附的方式进行模块间的连接，节省了安装空间，同时提高了子母卫星系统的灵活性。

Description

一种模块化的子母卫星系统

技术领域

本发明涉及一种模块化的子母卫星系统，属于子母卫星控制领域。

背景技术

传统的航天器具有固定构型，须根据特定任务需求预先设定功能，在轨运行时其结构、功能、运行方式等很少发生变化。但随着人类对空间探索的逐渐深入，以及空间系统活动任务的日益多样化，空间系统要具有对未知环境更强的适应性和更灵活的应用方式。从21世纪初开始，日本、美国、德国等国家均对模块化可重构空间系统进行了大量研究，提出了“可重构空问系统”、应用“超级机器人”的模块化可重构空间系统、应用卫星模块的模块化可重构空间系统和“卫星智能模块在轨组装项目”等概念，并针对行星表面探测、在轨维护等典型应用进行了研究。子母卫星系统作为分布式航天器的重要应用方向，平时子星附着在母星上，根据特性任务需求，将子星在轨分离出去，子母星群内部子母卫星之间通过协同工作的方式，构成一个大的“虚拟航天器”，可完成测量、侦察、空间攻防对抗、战场态势感知等一系列联合行动任务，具有重要的应用前景。

当前的子母卫星系统主要是母星发射时就携带多个已经安装好的子星，在轨根据任务进行子星释放，形成星座，而这种子母星的应用模式，灵活性较差，无法适应对卫星任务所需子星的调试装配，同时针对临时变化的卫星任务无法适应。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，已设定好的子母卫星系统灵活性不足、同时不能根据任务进行子星在轨装配、释放及回收操作过程的问题，提出了一种模块化的子母卫星系统。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种模块化的子母卫星系统，包括母星平台、备选功能模块、子星分系统，其中：

母星平台：为整星及所有备选功能模块进行供电，并通过无线通信链路对各个备选功能模块进行工作状态监测，同时接收地面遥控指令并向子星分系统发送拼装遥控指令，对备选功能模块进行选取及拼装，形成子星分系统；

所述备选功能模块为组成子星分系统的最小基础功能模块；

子星分系统：根据母星平台选取的备选功能模块完成特定卫星任务。

所述子星分系统包括操作子星、任务子星，其中：

操作子星：由母星平台接收地面遥控指令并于备选功能模块中进行选取拼装而成，同时接收母星平台发送的任务子星拼装指令进行任务子星所需基础功能模块选取及拼装，再将拼装好的任务子星进行释放及回收；

任务子星：与母星平台共同执行卫星任务。

所述操作子星包括电源模块、综合电子模块、机械臂模块，其中：

电源模块：与母星平台连通并通过母星平台为操作子星供电；

综合电子模块：接收母星平台发送的拼装遥控指令并转化为机械臂控制指令发送至机械臂模块；

机械臂模块：接收机械臂控制指令于备选功能模块中进行任务子星组成模块选取及拼装。

所述备选功能模块包括平台功能模块及载荷功能模块，其中，平台功能模块包括电源模块、综合电子模块、射频模块、敏感器模块、轮控模块、推进模块；载荷功能模块包括天线模块、打击模块、机械臂模块、可见光相机模块、红外相机模块、高光谱相机模块、相控阵天线模块。

所述备选功能模块及母星平台、备选功能模块中平台功能模块及载荷功能模块、操作子星及任务子星所需模块均采用磁力吸附进行连接，并通过无线通信方式进行信息交互。

所述操作子星数量为1个，任务子星数量为1～10个。

优选的，所述备选功能模块中最小基础功能模块数量为50～100个。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提供的一种模块化的子母卫星系统，解决了卫星方案结构固化、功能单一、运行方式不灵活等问题，通过将子星拆解成一系列的备选功能模块，母星平台可在轨根据不同的任务需求，选择不同的备选功能模块，在轨组装出不同功能的任务子星，完成特定的卫星任务，并在任务结束后，重新将任务子星拆解回到备选功能模块状态，以备下次任务继续使用。

(2)本发明通过母星平台控制，组装出操作子星，再由操作子星组装完成其他任务子星的工作模式，具有良好的可操作性。同时，本发明中所述备选功能模块具有热控自主化、接口标准化、能源无缆化、信息无线化的特点，也增加了子星在轨组装、拆解的灵活性。

附图说明

图1为发明提供的母星平台示意图；

图2为发明提供的子母星卫星系统整体示意图；

图3为发明提供的通信子星示意图；

图4为发明提供的对地高分辨率成像子星示意图；

图5为发明提供的对地红外成像子星示意图；

图6为发明提供的对地SAR成像子星示意图；

图7为发明提供的护卫子星示意图；

具体实施方式

一种模块化的子母卫星系统，通过根据任务需求自行选取功能模块组成操作子星，再通过操作子星选取任务所需功能模块组成任务子星完成卫星任务，其中：

本发明提出的卫星系统包括母星平台、备选功能模块，母星平台需要为整星进行供电，同时还要对整个系统各个部分进行功能状态监测并对子星分系统进行拼装；备选功能模块即为装载于母星平台上的待选模块，包括的种类为平台功能模块及载荷功能模块，根据卫星任务所需的对应功能进行具体备选。

在卫星入轨时，仅包括母星平台与备选功能模块，作为母星部分，当地面遥控指令发送至母星平台时，母星平台选取所需的功能模块对子星分系统进行拼装，其中，子星分系统包括操作子星、任务子星，操作子星由母星平台选取备选功能模块先进行拼接，操作子星释放后，根据母星平台后续发布的遥控指令，操作子星在通过机械臂和指令内容于备选功能模块中选取本次卫星任务所需的功能模块，进行任务子星组装，最终形成包括一颗操作子星、多颗任务子星的子星分系统与母星平台组成的子母卫星系统，能够通过在轨的子星拼装执行多种卫星任务，可以在线进行任务参数修改。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

一种模块化的子母卫星系统，如图2所示，包括母星平台、备选功能模块，其中：

如图1所示，母星平台：为整星及所有备选功能模块进行供电，并通过无线通信链路对各个备选功能模块进行工作状态监测，同时接收地面遥控指令进行子星分系统的选取及拼装；

备选功能模块：组成子星分系统的最小基础功能模块，根据地面遥控指令进行备选。

备选功能模块包括平台功能模块及载荷功能模块，其中，平台功能模块包括电源模块、综合电子模块、射频模块、敏感器模块、轮控模块、推进模块；载荷功能模块包括天线模块、打击模块、机械臂模块、可见光相机模块、红外相机模块、高光谱相机模块、相控阵天线模块。

还包括子星分系统，子星分系统包括操作子星、任务子星，其中：

子星分系统：接收母星平台发送的拼装遥控指令，根据拼装遥控指令于备选功能模块中对执行卫星任务的任务子星所需模块进行选取及拼装。

操作子星：由母星平台接收地面遥控指令并于备选功能模块中进行选取拼装，同时接收母星平台发送的任务子星拼装指令进行任务子星所需基础功能模块选取及拼装，再将拼装好的任务子星进行释放及回收；

任务子星：由操作子星接收卫星平台发送的任务子星拼装指令进行基础功能模块选取及拼装，同时与母星平台构成子母卫星系统并根据指定卫星任务进行作业。

任务子星包括：通信子星、对地高分辨率成像子星、对地红外成像子星、对地SAR成像子星以及护卫子星；

其中，通信子星包括电源模块、综合电子模块、敏感器模块、通信模块、推进模块、轮控模块及通信载荷模块；

对地高分辨率成像子星包括电源模块、综合电子模块、敏感器模块、通信模块、推进模块、轮控模块及可见光载荷模块；

对地红外成像子星包括电源模块、综合电子模块、敏感器模块、通信模块、推进模块、轮控模块及红外成像模块；

对地SAR成像子星包括电源模块、综合电子模块、敏感器模块、通信模块、推进模块、轮控模块及相控阵SAR天线模块。

所述操作子星包括电源模块、综合电子模块、机械臂模块。

其中，电源模块通过母星平台为操作子星供电，综合电子模块接收母星平台发送的拼装遥控指令并转化为机械臂控制指令发送至机械臂模块，机械臂模块接收机械臂控制指令于备选功能模块中进行任务子星模块选取。

在一个子母卫星系统中，操作子星个数为1个，任务子星为N个，N小于等于10，在备选功能模块中，基础功能模块数量为50～100个，同时，若有必要，操作子星也可以转化为任务子星进行工作。

同时，所有备选功能模块间均采用磁力吸附进行机械连接，同时使用无线通信方式实现信息互联。

如图3-图7所示，为本发明提供的具体实施例，其中：

所述任务子星III包含多种任务类型的子星，分别为通信子星III-1、对地高分辨率成像子星III-2、对地红外成像子星III-3、对地SAR成像子星III-4以及护卫子星III-5；

所述通信子星III-1包括电源模块3、综合电子模块5、敏感器模块6、通信模块7、推进模块8、轮控模块9以及通信载荷模块10，通信子星III-1通过各模块的组合完成星间以及对地通信功能；

所述对地高分辨率成像子星III-2包括电源模块3、综合电子模块5、敏感器模块6、通信模块7、推进模块8、轮控模块9以及可见光载荷模块11，对地高分辨率成像子星III-2通过各模块的组合完成对地高分辨率成像功能；

所述对地红外成像子星III-3包括电源模块3、综合电子模块5、敏感器模块6、通信模块7、推进模块8、轮控模块9以及红外成像模块12，对地红外成像子星III-3通过各模块的组合完成对地红外成像功能；

所述对地SAR成像子星III-4包括电源模块3、综合电子模块5、敏感器模块6、通信模块7、推进模块8、轮控模块9以及相控阵SAR天线模块13，对地SAR成像子星III-4通过各模块的组合完成对地侦察功能；

所述护卫子星III-5包括电源模块3、综合电子模块5、敏感器模块6、通信模块7、推进模块8、轮控模块9以及打击载荷模块14，护卫子星III-5通过各模块的组合完成母星防御、对来袭目标实施轨道打击功能。

卫星任务执行的具体操作过程如下：

(1)发射状态

发射状态，母星平台I的太阳能帆板2处于折叠状态，各备选功能模块堆放在一起，以形成良好的力学特性，适应运载发射过程中恶劣的力学环境。

(2)母星在轨运行状态

卫星入轨后，母星平台I上的太阳能帆板2展开，为母星平台I和各个备选功能模块供电。各备选功能模块独立完成自身的热控、备选功能模块之间通过磁力吸附方式实现机械连接、通过无线能量传输实现能源供给、通过无线通信实现信息互联。母星平台I通过无线信号通信的方式，对各个备选功能模块进行状态、位置监视。同时可以根据任务需求，驱动各个备选功能模块完成在轨组装的任务。

(3)在轨组装和释放

母星平台I首先驱动2个机械臂模块4，控制机械臂模块4上的机械臂，选择1个操作电源模块3和1个综合电子模块5，完成操作子星II的组装，并附着在母星系统I上。随后母星平台I根据任务需求，控制操作子星II，取出不同的基础模块，组装出不同的任务子星III。组装完成后，操作子星II通过机械臂将组装好的任务子星III释放出去，在空间中形成子母卫星系统。

(4)在轨回收及拆解

在轨回收的过程和组装的过程类似。当任务接收后，通过轨道机动，调整各任务子星III与母星平台I的相对位置，进入到一定范围后，通过母星平台I上的操作子星II，对各任务子星III进行捕获。完成抓捕后，操作子星II将各任务子星III进行拆解，拆解下来的备选功能模块重新堆放在母星平台I上，以供下一次执行任务时，组装出其他功能的任务子星III。

发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

包括母星平台、备选功能模块、子星分系统，其中：

母星平台：为整星及所有备选功能模块进行供电，并通过无线通信链路对各个备选功能模块进行工作状态监测，同时接收地面遥控指令并向子星分系统发送拼装遥控指令，对备选功能模块进行选取及拼装，形成子星分系统；

所述备选功能模块为组成子星分系统的最小基础功能模块；

子星分系统：根据母星平台选取的备选功能模块完成特定卫星任务。

2.根据权利要求1所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述子星分系统包括操作子星、任务子星，其中：

操作子星：由母星平台接收地面遥控指令并于备选功能模块中进行选取拼装而成，同时接收母星平台发送的任务子星拼装指令进行任务子星所需基础功能模块选取及拼装，再将拼装好的任务子星进行释放及回收；

任务子星：与母星平台共同执行卫星任务。

3.根据权利要求2所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述操作子星包括电源模块、综合电子模块、机械臂模块，其中：

电源模块：与母星平台连通并通过母星平台为操作子星供电；

综合电子模块：接收母星平台发送的拼装遥控指令并转化为机械臂控制指令发送至机械臂模块；

机械臂模块：接收机械臂控制指令于备选功能模块中进行任务子星组成模块选取及拼装。

4.根据权利要求1所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述备选功能模块包括平台功能模块及载荷功能模块，其中，平台功能模块包括电源模块、综合电子模块、射频模块、敏感器模块、轮控模块、推进模块；载荷功能模块包括天线模块、打击模块、机械臂模块、可见光相机模块、红外相机模块、高光谱相机模块、相控阵天线模块。

5.根据权利要求2所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述备选功能模块及母星平台、备选功能模块中平台功能模块及载荷功能模块、操作子星及任务子星所需模块均采用磁力吸附进行连接，并通过无线通信方式进行信息交互。

6.根据权利要求2所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述操作子星数量为1个，任务子星数量为1～10个。

7.根据权利要求1所述的一种模块化的子母卫星系统，其特征在于：

所述备选功能模块中最小基础功能模块数量为50～100个。

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