CN109927936A - 载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空航天卫星技术领域的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，包括卫星平台、载荷舱和载荷，载荷舱由三块侧板和天线主反射面支撑桁架组成，天线主反射面支撑桁架安装在卫星平台顶板上，载荷包括天线主反射面、天线主反射面背架、天线副主反射面展开臂、天线大副主反射面、天线小副主反射面、准光系统，所述天线大副主反射面和天线小副主反射面布置在天线副主反射面展开臂上，所述天线主反射面通过天线主反射面支撑桁架上的解锁分离装置安装在卫星平台顶板上，所述准光系统采用钛合金耳片与天线主反射面背架连接。本发明解决了现有卫星无法满足载荷探测的高分辨率要求，同时解决了在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题。

Description

载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星

技术领域

本发明涉及航空航天卫星技术领域，具体地，涉及一种载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星。

背景技术

随着我国航天技术的快速发展和国民经济水平的不断提高，由于地球静止轨道卫星能对同一区域进行连续观测，地面应用对地球静止轨道卫星的需求更加迫切。

经对现有技术的检索，王志国等在“卫星高精度载荷安装平台热变形隔离技术研究”(航天器工程，第26卷第2期，2017年4月)中叙述了一种通过柔性铰连接形式对载荷安装板进行连接与分离的热变形隔离技术。该文章针对我国高分辨率卫星对结构在轨变形的控制要求,提出了一种基于柔性连接的卫星高精度载荷安装平台热变形隔离控制方法,从理论上对该方法进行了分析,并以型号应用为背景进行了验证方案设计及试验验证.验证结果表明,在同样的加载条件下,柔性连接载荷安装基板变形相对刚性连接降低了近1个数量级，表明通过对卫星平台与有效载荷安装基板之间连接结构刚度的柔性设计,能够有效避免卫星平台结构的热变形作用于有效载荷安装基板,使得高精度载荷安装基板不致产生明显的翘曲变形,从而保证安装基板上各敏感载荷的在轨指向相对变化满足指标要求。该技术针对柔性铰连接方式，检验柔性连接对热变形隔离带效果。

申请号为201611083681.8的中国发明专利公开了卫星动静隔离式结构，包括载荷舱、平台舱以及连接在所述载荷舱和所述平台舱之间的非接触磁浮机构；其中所述载荷舱包括载荷舱本体以及设置在所述载荷舱本体上的有效载荷及姿态敏感器；所述平台舱包括平台舱本体以及设置在所述平台舱本体上的电源组件及其驱动机构、飞轮及推力器；所述非接触磁浮机构包括：第一安装架，所述第一安装架为U形，所述第一安装架的一侧通过第一连接架与所述载荷舱连接；定子，所述定子设置在所述第一安装架的底部；第二安装架，所述第二安装架的一端与所述第一安装架连接，所述第二安装架的一侧通过第二连接架与所述平台舱连接；动子，所述动子设置在所述第二安装架的另一端；所述动子与所述定子的位置相匹配。该方案无法满足卫星载荷探测的高分辨率要求，也无法解决在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，以解决现有卫星无法满足载荷探测的高分辨率要求，同时解决了在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题。

本发明涉及一种载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，包括卫星平台、载荷舱、载荷，所述载荷舱由三块侧板和天线主反射面支撑桁架组成，天线主反射面支撑桁架安装在卫星平台顶板上，所述载荷包括天线主反射面、天线主反射面背架、天线副主反射面展开臂、天线大副主反射面、天线小副主反射面、准光系统，所述天线大副主反射面和天线小副主反射面布置在天线副主反射面展开臂上，所述天线副主反射面展开臂收拢在天线主反射面背架，所述天线主反射面通过天线主反射面支撑桁架上的解锁分离装置安装在卫星平台顶板上，所述准光系统采用钛合金耳片与天线主反射面背架连接。

优选地，所述卫星平台的中层板上安装两个小贮箱，所述卫星平台的承力筒内法兰上设有一个中心大贮箱，所述卫星平台的中层板设计两个碳纤维隔框，左隔框与卫星隔板连接，右隔框与承力筒桁条连接。

优选地，左隔框、右隔框与准光系统的共基准框架通过解锁分离装置连接。

优选地，所述卫星平台上设有太阳帆板，所述太阳帆板在卫星发射时收拢在卫星平台的侧板上。

优选地，所述天线主反射面在轨展开口径达5m。

优选地，所述天线主反射面左展开瓣和天线主反射面右展开瓣发射时收拢压紧在卫星两侧侧板。

优选地，所述卫星平台采用横截面为正四边形的长方体，正四边形截面尺寸为2500mm×2500mm，平台高度为2085mm。

优选地，所述天线主反射面支撑桁架采用碳纤维杆件加工而成。

优选地，所述天线主反射面支撑框架上安装有对地数传天线。

优选地，所述卫星平台的侧板上安装星敏感器。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，针对真实孔径微波天线体制载荷，在满足运载火箭发射主动段力学环境和载荷与平台热变形隔离的约束条件下，通过设计载荷与平台的可解锁分离安装接口，合理布置贮箱，优化卫星结构主传力路径，运载火箭发射时平台与载荷连接、在轨飞行时平台与载荷热变形隔离，提供了一种卫星在轨热变形隔离设计思路，解决了载荷与平台在轨热变形相互耦合的难题，大幅提高了卫星的探测精度；

2、本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，解决了现有卫星无法满足载荷探测的高分辨率要求，同时解决了在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题；

3、本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，基于真实孔径微波天线体制载荷，不仅满足卫星应用的需求，也提供了卫星在轨热变形设计的一种思路；

4、本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，卫星平台和载荷舱传力路径短、结构刚度高、承载能力强，尤其对于载荷天线体积大、精度高和总装实施困难的特点具有很强的适应性。

附图说明

通过阅读参照以下附图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为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星发射状态的结构示意图；

图2为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星飞行状态的结构示意图；

图3为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星的载荷展开状态的结构示意图；

图4为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星的载荷收拢在桁架的结构示意图；

图5为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星的卫星平台的结构示意图；

图6为本发明载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星的载荷舱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例中，本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星介绍如下：包括卫星平台、载荷舱、载荷，所述载荷舱由三块侧板和天线主反射面支撑桁架组成，天线主反射面支撑桁架安装在卫星平台顶板上，所述载荷包括天线主反射面、天线主反射面背架、天线副主反射面展开臂、天线大副主反射面、天线小副主反射面、准光系统，所述天线大副主反射面和天线小副主反射面布置在天线副主反射面展开臂上，所述天线副主反射面展开臂收拢在天线主反射面背架，所述天线主反射面通过天线主反射面支撑桁架上的解锁分离装置安装在卫星平台顶板上，所述准光系统采用钛合金耳片与天线主反射面背架连接。

接下来对本发明进行详细的描述。

本发明涉及一种载荷与平台在轨热隔离的静止轨道卫星，特别可以应用到静止轨道陆地、水表、海洋和大气等目标高精度探测的卫星中。本发明的目的是提供载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，以解决现有卫星无法满足载荷探测的高分辨率要求，同时解决了在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题。

本发明针对真实孔径微波天线体制载荷，提供了一种运载火箭发射时平台与载荷连接、在轨飞行时平台与载荷热变形隔离的卫星。

如图1-2所示，本发明实施例提供了载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，包括卫星平台1、载荷舱2、载荷3。

如图3-4所示，载荷3由天线主反射面310、天线主反射面背架320、天线副主反射面展开臂330、天线大副主反射面340、天线小副主反射面350、准光系统360组成。

载荷3与卫星平台1的接口不仅要满足载荷3在运载发射主动段的力学环境，还要实现在轨平台与载荷的热变形隔离。载荷3与卫星平台1接口共有两处：天线主反射面背架320与天线主反射面支撑桁架210，准光系统共基准框架361与卫星平台1隔框。

更具体地，为了叙述方便，建立卫星的布局坐标系(O-XYZ)，具体定义如下：

坐标原点O：星箭连接环下端框，星箭分离面的几何中心；

Y轴：指向卫星本体的南面板；

Z轴：沿坐标原点指向卫星平台方向；

X轴：与Y、Z轴成右手直角坐标系。

卫星平台1采用正四边形六面体，正四边形截面尺寸2500mm×2500mm，平台高度为2085mm。

卫星平台1+Y侧侧板设计成3块，准光系统360嵌入卫星平台1，降低准光系统360内单机的在轨温度波动，提高卫星探测精度。

为满足静止轨道卫星实现轨道转移对携肼量的需求，两个704L贮箱安装在卫星平台1中层板上，一个1400L中心大贮箱5落在卫星平台1承力筒内法兰上。

用于卫星轨道转移发动机4通过发动机支架41安装在承力筒下，待卫星定点后，切断轨道转移发动机4管路。

为适应载荷3准光系统共基准框架361与卫星平台1隔框的安装，实现载荷4与卫星平台1的热变形隔离，卫星平台1中层板设计两个碳纤维隔框。左隔框110与卫星隔板连接，右隔框120与承力筒桁条连接。

左隔框110、右隔框120与准光系统共基准框架361通过解锁分离装置连接。在卫星发射过程中，解锁分离装置固连保证准光系统360与卫星平台1连接。待卫星定点后，解锁分离装置按指令起爆分离，解除隔框与准光共基准框架361的固连，使准光系统360与卫星平台1实现热变形隔离。

载荷舱2由天线主反射面支撑桁架210和三块侧板构成。

天线主反射面支撑桁架210采用碳纤维杆件加工而成。天线主反射面310通过天线主反射面支撑桁架210上解锁分离装置安装在卫星平台1顶板上。卫星入轨后，解开天线主反射面支撑桁架210与卫星平台1顶板的连接，达到天线主反射面310与卫星平台1热变形隔离的目的。

为了保证天线主反射面、天线副反射面和准光系统三者之间的相对位置关系，三者通过准光系统共基准框架装调成一体。

天线主反射面左展开瓣311、天线主反射面右展开瓣312发射时收拢压紧在卫星两侧侧板。

为保证天线反射面与准光系统360的相对位置关系，准光系统360采用钛合金耳片与天线主反射面背架320连接，减少装调次数。

卫星平台1采用单翼太阳电池阵方案，太阳帆板6收拢在卫星北侧侧板。卫星入轨后，按指令起爆火工锁后展开。

对地数传天线7安装在天线主反射面支撑桁架210上。

星敏感器8布局在卫星平台1-X侧板。

本发明设计的卫星载荷采用真实孔径微波天线体制，天线展开口径达5m。天线采用固面天线结构形式，该天线主反射面型面精度高，达到微米级。为了载荷高精度的探测需求，提出了载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星。

本发明为载荷与平台热变形隔离创造了一种新的设计方法，特别是对于装载大口径固面天线卫星、卫星需要实现高精度探测的遥感卫星设计的首选。

综上所述，本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，针对真实孔径微波天线体制载荷，在满足运载火箭发射主动段力学环境和载荷与平台热变形隔离的约束条件下，通过设计载荷与平台的可解锁分离安装接口，合理布置贮箱，优化卫星结构主传力路径，提高了一种卫星在轨热变形隔离设计思路，解决了载荷与平台在轨热变形相互耦合的难题，大幅提高了卫星的探测精度；本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，解决了现有卫星无法满足载荷探测的高分辨率要求，同时解决了在轨卫星平台和载荷之间热变形相互耦合的技术难题；本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，基于真实孔径微波天线体制载荷，不仅满足卫星应用的需求，也提供了卫星在轨热变形设计的一种思路；本发明的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，卫星平台和载荷舱传力路径短、结构刚度高、承载能力强，尤其对于载荷天线体积大、精度高和总装实施困难的特点具有很强的适应性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征在于，包括卫星平台、载荷舱、载荷，所述载荷舱由三块侧板和天线主反射面支撑桁架组成，天线主反射面支撑桁架安装在卫星平台顶板上，所述载荷包括天线主反射面、天线主反射面背架、天线副主反射面展开臂、天线大副主反射面、天线小副主反射面、准光系统，所述天线大副主反射面和天线小副主反射面布置在天线副主反射面展开臂上，所述天线副主反射面展开臂收拢在天线主反射面背架，所述天线主反射面通过天线主反射面支撑桁架上的解锁分离装置安装在卫星平台顶板上，准光系统采用钛合金耳片与天线主反射面背架连接。

2.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述卫星平台的中层板上安装两个小贮箱，所述卫星平台的承力筒内法兰上设有一个中心大贮箱，所述卫星平台的中层板设计两个碳纤维隔框，左隔框与卫星隔板连接，右隔框与承力筒桁条连接。

3.如权利要求2所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，左隔框、右隔框与准光系统的共基准框架通过解锁分离装置连接。

4.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述卫星平台上设有太阳帆板，所述太阳帆板在卫星发射时收拢在卫星平台的侧板上。

5.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述天线主反射面在轨展开口径为5m。

6.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述天线主反射面左展开瓣和天线主反射面右展开瓣发射时收拢压紧在卫星两侧侧板。

7.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述卫星平台采用横截面为正四边形的长方体，正四边形截面尺寸为2500mm×2500mm，平台高度为2085mm。

8.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述天线主反射面支撑桁架采用碳纤维杆件加工而成。

9.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述天线主反射面支撑框架上安装有对地数传天线。

10.如权利要求1所述的载荷与平台热变形隔离的静止轨道卫星，其特征是，所述卫星平台的侧板上安装星敏感器。