CN110027731A - 一种适用于微小卫星的电磁对接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于微小卫星的电磁对接装置，包括：依靠电磁力吸引并连接的第一模块与第二模块；以及机电热光磁一体化接口，接口的两部分分别位于第一模块与第二模块；当第一模块与第二模块连接时，接口的两部分也实现相互连接。本发明的有益效果：采用永磁体与电磁线圈的对接装置组合方案，可简化控制算法，提高控制系统的可靠性。同时选择具有可重复插拔即插即用功能的机电热光磁一体化接口，提高了信息的传输效率，节省了星上资源。
Description
技术领域
本发明设计一种带有可装配多功能一体化接口的电磁对接装置，特别设计一套永磁体与电磁线圈组合的电磁对接装置，适用于微小卫星空间对接地面模拟，电磁连接在轨装配技术地面验证以及信息交互等技术领域。
背景技术
空间中存在大量的卫星，对废弃卫星的再利用，对自身燃料用尽但功能仍良好的卫星进行轨道提升，以微小卫星在轨装配为基础，基于航天器电磁作用力对接技术，可实现对卫星的功能升级与增强。
传统的卫星在空间对接时主要采用推力器控制卫星的相对运动，推力器作用时必然会消耗一定推进剂，在两卫星位置很接近时，推力器排出羽流将会给对接任务带来不利影响，这包括羽流作用引起卫星姿态扰动和位置扰动，羽流中燃烧的生成物或未燃烧的推进剂可能给安装在卫星表面的敏感元件、尤其是光学镜头或对接机构的密封元件等带来污染。因此，采用电磁作用力来实现卫星在空间的对接任务能够有效避免推力器方法的不足，同时也能广泛应用在卫星在轨装配技术领域。
星间电磁对接是利用卫星所携带电磁装置产生的电磁力/力矩作为对接过程的控制力来完成对接过程，具有同步、连续、可逆及非接触控制能力，可将对接接触速度控制到零，实现柔性对接。
在现有技术中，采用永磁体与电磁线圈组合来实现电磁对接的装置还未提出。这种只需控制装置一端电流大小就能改变电磁力/力矩的设计能够有效的节约星上能源，同时在控制系统中的操作也相对简单，减小误差，提高精度。
目前存在的卫星电磁对接技术中，并没有增加可装配一体化接口的设计，虽然电磁作用力不产生羽流污染，不会消耗宝贵的燃料，可控性强，但是目前对接装置不能够直接传递两卫星之间状态信息，从而不能实现星间信息直接交互。在对接过程中，必须通过有线或无线途径先将卫星状态信息传输到地面上位机，由上位机得知卫星的当前状态，不但增加了卫星控制系统的复杂性，而且星上当前状态数据传递可能会有延迟，带来一定误差，这将给后续做数据分析与数据处理带来一定风险。综上，带有可装配一体化接口的电磁装置设计尤为重要，应用在卫星地面电磁对接技术中，将大大提高传输效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：一种适用于微小卫星的新型对接装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于微小卫星的电磁对接装置，包括：
依靠电磁力吸引并连接的第一模块与第二模块；以及
机电热光磁一体化接口，接口的两部分分别位于第一模块与第二模块；当第一模块与第二模块连接时，接口的两部分也实现相互连接。
在一些实施例中，第一模块包括电磁体。
在一些实施例中，第一模块与第二模块连接时，第一模块的第一平面靠近第二模块的第二平面；第一表面带有第一类型对中件，第二表面带有第二类型对中件，第一类型对中件与第二类型对中件配合。
在一些实施例中，第一类型对中件突出于第一平面，第一类型对中件的主体呈圆柱形，第一类型对中件的端部呈圆锥形。
在一些实施例中，第一类型对中件内部包括电磁线圈。
在一些实施例中，电磁对接装置被配置为：通过只调节电磁线圈的电流大小来实现对接精度。
在一些实施例中，第二类型对中件突出于第二平面，第二类型对中件的外表面呈圆柱形，第二类型对中件的中心有圆柱形孔，圆柱形孔的边沿设有倒角。
在一些实施例中，第二类型对中件内部包括永磁体。
在一些实施例中，第一表面设有四个呈正方形排布的第一类型对中件，第二表面设有四个呈正方形排布的第二类型对中件。
在一些实施例中，第一模块的主体为长方体形，第二模块的主体为长方体形。
本发明的有益效果：采用永磁体与电磁线圈的对接装置组合方案，可简化控制算法，提高控制系统的可靠性。同时选择具有可重复插拔即插即用功能的机电热光磁一体化接口，提高了信息的传输效率，节省了星上资源。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本申请，在附图中：
图1为本发明的一个较佳实施例中的电磁对接装置A盒的整体结构示意图；
图2为本发明的一个较佳实施例中的电磁对接装置B盒的整体结构示意图；
图3为本发明的一个较佳实施例中的电磁对接装置的整体结构示意图。
附图中的各附图标记含义如下：
100 A盒
110 伸杆
111 圆锥
112 圆柱
120 接插件
200 B盒
210 锥面口伸杆
211 圆柱孔
212 锥面
220 接插件
具体实施方式
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。本说明书用具体实施例来描述本申请，并且可以帮助任何熟悉本发明工艺或系统的人员进行实验操作，但不旨在限制其保护范围。
除非另作定义，本发明的权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
为了简化控制系统，提高地面模拟系统可靠性，节省卫星资源，本发明设计了采用永磁体与电磁线圈组合的对接装置方案，通过控制电磁线圈的电流从而获得电磁力/力矩，能够有效的节约星上能源，同时可简化控制算法，提高控制系统的可靠性。同时使用带“可装配一体化接口”的电磁对接装置来实现卫星电磁对接过程中状态信息的传输，提高了传输效率，并在地面模拟试验中验证该方法的有效性。同时还可实现卫星定时向系统汇报自己各项能力需求，系统根据情况实时对成员进行资源调配。
如图3所示，本发明中电磁对接装置由A盒100与B盒200这两个盒子组成。其中，A盒100里放4根磁棒及对应控制电路，同时对接面上有接口为公口的接插件120。B盒200对应各磁棒的对接位置安装4根长方体永磁体，对接面上有接口为母口的接插件220。接插件120与接插件220为微小卫星的机电热光磁一体化接口。
选择具有可重复插拔即插即用功能的机电热光磁一体化接口，接口面的微观结构相同、接口构型相容，来实现卫星电磁对接过程中状态信息的传输；由于接口是具有即插即用功能，避免了先将星上状态信息传递到上位机以及星上大量数据处理等环节，从而大大提高了信息的传输效率，节省了星上资源，降低了对星上资源的消耗，同时还可实现卫星定时向系统汇报自己各项能力需求，系统根据情况实时对成员进行资源调配。本方案设计的具有即插即用功能的机电热光磁一体化接口及其电磁对接装置，首次应用于国内地面电磁对接试验上，试验证明该方案可实现卫星之间状态信息的传输，并达到很好的传输效果。
如图1所示，A盒100本体为长方体结构，由6面板拼装而成，其外形尺寸为310mm×163mm×143mm。对接面有4个均匀分布的22mm长圆锥头伸杆110，每个伸杆110对应4根磁棒的磁极，伸杆110顺着B盒200的对接面导向孔调节A、B盒子运动姿态以完成精密对接。伸杆110由圆锥111和圆柱112两部分组成。其中，圆锥111高度为7mm；圆柱112高度为15mm，直径15mm。对接面正中间是伸出的J14A-20ZKB接插件120，其为接口公口，用于与B盒子J14A-20TJ对接后实现A、B盒子通讯。
如图2所示，B盒200为本体为长方体结构，由6面板拼装而成，其外形尺寸为150mm×163mm×143mm。对接面伸出4个均匀分布的12mm高的锥面口伸杆210，锥面口伸杆210对应4根永磁体的磁极。锥面口伸杆210由锥面212和圆柱孔211两部分组成，其中锥面212高度为6.4mm，圆柱孔211直径为15.2mm。对接面正中间是伸出的J14A-20TJ接插件220，其接口为母口，用于与A盒子J14A-20ZKB对接后实现A、B盒子通讯。
工作原理是：通过给A盒100中磁棒通电产生磁矩，与B盒200永磁体产生磁吸引力作用进行两个盒子的对接，改变磁棒磁矩方向进行盒子分离，从而实现两个盒子内部系统电信号的插拔通讯。采用永磁体与电磁线圈的对接装置组合方案，在卫星电磁对接过程中，通过控制电磁线圈的电流从而获得电磁力/力矩，能够有效的节约星上能源，同时可简化控制算法，提高控制系统的可靠性。
与现有技术中的对接装置相比较，本发明中的电磁对接装置具有如下优点：
(1)不用再通过上位机来实现卫星状态信息的传输，提高传输效率，减小状态信息传输误差；
(2)通过只调节对接装置中一端电磁线圈的电流大小来实现对接精度，能够节省星上能源，提高精度；
(3)设计可重复插拔即插即用的一体化接口，能够提高卫星空间结构利用率，节省成本；
(4)设计相应的软件算法，提高控制系统可靠性。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，包括：
依靠电磁力吸引并连接的第一模块与第二模块；以及
机电热光磁一体化接口，所述接口的两部分分别位于所述第一模块与所述第二模块；当所述第一模块与所述第二模块连接时，所述接口的两部分也实现相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一模块包括电磁体。
3.根据权利要求1所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一模块与所述第二模块连接时，所述第一模块的第一平面靠近所述第二模块的第二平面；所述第一表面带有第一类型对中件，所述第二表面带有第二类型对中件，所述第一类型对中件与所述第二类型对中件配合。
4.根据权利要求3所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一类型对中件突出于所述第一平面，所述第一类型对中件的主体呈圆柱形，所述第一类型对中件的端部呈圆锥形。
5.根据权利要求4所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一类型对中件内部包括电磁线圈。
6.根据权利要求5所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述电磁对接装置被配置为：通过只调节所述电磁线圈的电流大小来实现对接精度。
7.根据权利要求3所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第二类型对中件突出于所述第二平面，所述第二类型对中件的外表面呈圆柱形，所述第二类型对中件的中心有圆柱形孔，所述圆柱形孔的边沿设有倒角。
8.根据权利要求3所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第二类型对中件内部包括永磁体。
9.根据权利要求3所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一表面设有四个呈正方形排布的所述第一类型对中件，所述第二表面设有四个呈正方形排布的所述第二类型对中件。
10.根据权利要求1所述的一种适用于微小卫星的电磁对接装置，其特征在于，所述第一模块的主体为长方体形，所述第二模块的主体为长方体形。
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