CN110667888A - 遥感卫星载荷适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星技术领域，提供遥感卫星载荷适配器。遥感卫星载荷适配器，包括：支撑件，用于固定遥感相机；分离机构，第一端与支撑件固定，第二端与遥感卫星的卫星平台固定，且卫星入轨后分离机构分离；柔性连接件，柔性连接支撑件与卫星平台。该种遥感卫星载荷适配器，通过支撑件、分离机构和柔性连接件连接卫星平台和遥感相机，分离机构在发射过程中能提供较高的连接刚度，遥感卫星入轨且在轨运行时，分离机构解锁，进而卫星平台和遥感相机之间通过柔性连接件连接，释放卫星平台与遥感相机间的热应力。其中，由于分离机构和柔性连接件并非直接与遥感卫星连接，进而可以便于遥感相机安装位置的调整，保证遥感相机的安装精度。

Description

遥感卫星载荷适配器

技术领域

本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及遥感卫星载荷适配器。

背景技术

空间遥感卫星可以快速、准确地观测和发现地面目标，在军事和民用领域都发挥着巨大的作用。随着对空间遥感相机地面幅宽和分辨率要求的不断提高，长焦距、大视场和大通光口径已经成为空间遥感相机发展的必然趋势，这使得卫星平台、空间遥感相机的尺寸及重量越来越大，从而需要进行结构轻量化设计来降低卫星平台及空间遥感相机的重量，结构在轻量化设计后，虽然比刚度在增加，但绝对刚度却在下降，相机光学元件对应力的敏感度也在迅速增大。

在空间环境中，卫星舱板一般温度控制范围在0~25℃之间，空间遥感相机一般温度控制范围在18~22℃之间，这使卫星结构与遥感相机存在温度差异。卫星结构常用铝蜂窝板、碳纤维承力筒的形式，遥感相机结构常用钛合金，不同的材料导致线膨胀系数不匹配。温度及材料热特性的差异导致卫星结构与遥感相机结构之间产生热应力，这是卫星在轨工作时影响光学系统成像质量的主要因素。

为降低卫星在轨时热应力对光学系统成像质量的影响，目前常采用的方法是在遥感相机各光学元件支撑结构上设计柔性结构，通过柔性结构的形变来释放热应力对光学元件的不良影响，但随着光学元件尺寸越来越大，柔性结构会大幅降低结构的刚度，使遥感相机在发射段承受更大的过载，增加卫星发射失败的风险。因此，卫星既有较高刚度又能够在轨释放热应力对遥感相机的影响已经成为高分辨率空间遥感卫星亟待解决的关键技术之一。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种遥感卫星载荷适配器，解决现有技术中存在的遥感卫星无法同时满足发射时高刚度需求以及在轨运行时柔性需求的问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种遥感卫星载荷适配器，包括：

支撑件，用于固定遥感相机；

分离机构，第一端与所述支撑件固定，第二端与遥感卫星的卫星平台固定，且用于在卫星入轨后从所述支撑件和所述卫星平台之间分离；

柔性连接件，第一端与所述支撑件固定，第二端与所述卫星平台固定，柔性连接所述支撑件与所述卫星平台；

所述支撑件为支撑环，在所述支撑环上均匀分布有多个第一安装接口，且在所述支撑环上均匀分布有多个第二安装接口，所述第一安装接口用于安装所述分离机构，所述第二安装接口用于安装所述柔性连接件。

在一个实施例中，所述支撑环为六边形环，所述第一安装接口和第二安装接口的数量分别为三个，且交替设置于所述六边形环的拐角处。

在一个实施例中，所述分离机构第一端通过第一紧固件固定于所述第一安装接口，所述柔性连接件第一端通过第一紧固件固定于所述第二安装接口，所述分离机构第二端通过第二紧固件固定于所述卫星平台，所述柔性连接件第二端通过第二紧固件固定于所述卫星平台。

在一个实施例中，所述支撑环各个边长的中部均设置有凸台，所有所述凸台的表面共面，所述凸台用于固定遥感相机。

在一个实施例中，所述支撑件的材质与所述遥感相机壳体材质相同。

在一个实施例中，所述柔性连接件为柔性铰链。

在一个实施例中，所述柔性铰链包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与所述支撑件固定，所述第二安装板与所述卫星平台固定，所述第一安装板和第二安装板之间设置有连接轴。

在一个实施例中，所述柔性铰链还包括蛇形连接件，所述蛇形连接件两端连接所述第一安装板，所述蛇形连接件中部连接所述连接轴的第一端，所述连接轴的第二端连接所述第二安装板。

在一个实施例中，所述蛇形连接件的数量为多个，沿着垂直于所述连接轴轴向的圆周均匀分布，且多个所述蛇形连接件相交于所述连接轴或者所述连接轴的延长线。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的该种遥感卫星载荷适配器，通过支撑件、分离机构和柔性连接件连接卫星平台和遥感相机，分离机构在发射过程中能提供较高的连接刚度，遥感卫星入轨且在轨运行时，分离机构解锁，进而卫星平台和遥感相机之间通过柔性连接件连接，释放卫星平台与遥感相机间的热应力。其中，由于分离机构和柔性连接件并非直接与遥感卫星连接，进而可以便于遥感相机安装位置的调整，保证遥感相机的安装精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器中支撑件的俯视示意图；

图2是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器中支撑件的仰视示意图；

图3是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器中支撑件的侧视示意图；

图4是本发明实施例的柔性铰链的纵截面示意图；

图5是图4中A-A处的剖视示意图；

图6是本发明实施例的柔性铰链的俯视示意图；

图7是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器的仰视示意图；

图8是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器的侧视示意图；

图9是本发明实施例的柔性铰链某一视角下的立体结构示意图；

图10是本发明实施例的柔性铰链另一视角下的立体结构示意图；

图11是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器某一视角下的立体结构示意图；

图12是本发明实施例的遥感卫星载荷适配器另一视角下的立体结构示意图；

图中：1、支撑件；101、凸台；102、第一安装接口；103、第二安装接口；104、减重孔；105、加强筋；2、柔性铰链；201、第一安装板；202、第二安装板；203、连接轴；204、蛇形连接件；3、分离机构；4、第一紧固件；5、第二紧固件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明的实施例，请参见图1至图12，提供遥感卫星载荷适配器，包括支撑件1、分离机构3和柔性连接件。其中，支撑件1用于固定遥感相机；分离机构3的第一端与支撑件1固定，第二端与遥感卫星的卫星平台固定，且用于在卫星入轨后从所述支撑件和所述卫星平台之间解锁。柔性连接件的第一端与支撑件1固定，第二端与卫星平台固定，柔性连接支撑件1与卫星平台。

该种遥感卫星载荷适配器，通过支撑件1、分离机构3和柔性连接件连接卫星平台和遥感相机，分离机构3在发射过程中能提供较高的连接刚度，遥感卫星入轨且在轨运行时，分离机构3解锁，进而卫星平台和遥感相机之间通过柔性连接件连接，释放卫星平台与遥感相机间的热应力。其中，由于分离机构3和柔性连接件并非直接与遥感卫星连接，进而可以便于遥感相机安装位置的调整，保证遥感相机的安装精度。

其中，分离机构3指代的是可以实现支撑件1和卫星平台之间解锁的机构。具体的，在遥感卫星的发射过程中，分离机构3连接支撑件1和卫星平台；当遥感卫星入轨且在轨运行时，分离机构3解锁，此时分离机构3不再对支撑件1上遥感相机造成限制。

在一个实施例中，支撑件1为支撑环。以六边形的支撑环为例，请参见图1至图3，在支撑环上均匀分布有多个第一安装接口102，且在支撑环上均匀分布有多个第二安装接口103，第一安装接口102用于安装分离机构3，第二安装接口103用于安装柔性连接件。当然，支撑环除了呈六边形之外，还可以呈任意其它形状，并且支撑件1可以采用环形以外的其它形状，只要可以满足遥感相机的安装，以及分离机构3和柔性连接件的分布即可。例如，支撑件还可以为支撑板的结构形式，或者支撑件还可以采用支撑块等结构形式。

图1和图2中，支撑环为六边形环，第一安装接口102和第二安装接口103的数量分别为三个，且交替设置于六边形环的拐角处。也即，支撑环下端面共六个安装点，三个成120°圆周均布的安装点作为柔性铰链2安装机械接口，该三个安装机械接口也即第二安装接口103；另外三个成120°圆周均布的安装点作为分离机构3安装机械接口，该三个安装机械接口也即第一机械接口。该种情况下，第一安装接口102和第二安装接口103的数量均为多个，并且沿着支撑环均匀分布，进而可以保证支撑件1和卫星平台受力的均衡性。并且，由于第一安装接口102和第二安装接口103交替设置于六边形环的拐角处，进而第一安装接口102和第二安装接口103易于定位，在加工过程中不容易出现第一安装接口102和第二安装接口103位置偏离的问题。并且，当第一安装接口102处的分离机构3解锁之后，该种遥感卫星载荷适配器通过三点柔性连接件实现静定支撑，释放卫星与遥感相机间的热应力。

当然，第一安装接口102和第二安装接口103的数量以及分布不受此处举例的限制。例如，第一安装接口102和第二安装接口103的数量也可以为任意多个，并且第一安装接口102和第二安装接口103的分布也可以根据卫星平台和支撑件1的结构相应调整。并且，第一安装接口102和第二安装接口103也并非一定要交替设置。

在一个实施例中，分离机构3第一端通过第一紧固件4固定于第一安装接口102，柔性连接件第一端通过第一紧固件4固定于第二安装接口103。分离机构3第二端通过第二紧固件5固定于卫星平台，柔性连接件第二端通过第二紧固件5固定于卫星平台。

在一个实施例中，第一紧固件4和第二紧固件5均为QJ2582-M5的螺钉及GB/T848φ5的钛合金垫片。以柔性连接件为例，柔性连接件第一端通过QJ2582-M5的螺钉及GB/T848φ5的钛合金垫片固定于第二安装接口103，第二端通过QJ2582-M5的螺钉及GB/T848φ5的钛合金垫片固定于卫星平台。其中，可以对QJ2582-M5的螺钉及GB/T848φ5的钛合金垫片进行表面黑色阳极氧化处理。

在一个实施例中，支撑环各个边长的中部均设置有凸台101，所有凸台101的表面共面，凸台101用于固定遥感相机。对于六边形形状的支撑环而言，在支撑环上端面设计六处凸台101作为与遥感相机连接的机械接口，凸台101的共面度满足遥感相机提出的精度要求，保证遥感相机的安装精度。一般对遥感相机安装面的共面度要求优于0.05mm。通过图1发现，六个凸台101对应六边形支撑环各边长的中部设置。当然，凸台101的数量以及分布不受限制，其可以对应不同支撑环的形式进行对应的调整，只要满足遥感相机的固定需求即可。

通过图3发现，在支撑件1上开设有减重孔104。并且为了保证支撑件1的结构刚度，在减重孔104处可以设置加强筋105。

在一个实施例中，支撑件1的材质与遥感相机壳体材质相同。例如，当遥感相机壳体材质为钛合金的时候，支撑件1的材质也采用钛合金。该种情况下，遥感相机和支撑件1的线膨胀系数相匹配，进而可以避免在支撑件1和遥感相机之间产生热应力。

请参见图4至图6，以及，图9和图10，柔性连接件为柔性铰链2。需要说明的是，柔性连接件除了采用柔性铰链2，还可以采用任何具有一定支撑刚度同时具有柔性变形特性的结构。

在一个实施例中，柔性铰链2的第一端与支撑件1固定，第二端与卫星平台的卫星舱板固定。并且，柔性铰链2包括第一安装板201和第二安装板202，第一安装板201与支撑件1固定，第二安装板202与卫星平台固定，第一安装板201和第二安装板202之间设置有连接轴203。其中，连接轴203可以保证柔性铰链2具有沿着图4中纵向方向的柔性，提供沿着连接轴203轴向的传力路径，提供轴向卸载能力。

通过图4和图5发现，柔性铰链2还包括蛇形连接件204，蛇形连接件204两端连接第一安装板201，蛇形连接件204的中部通过连接轴203连接第二安装板202，也即蛇形连接件204的中部与连接轴203的第一端连接，连接轴203的第二端与第二安装板202连接。其中，“蛇形连接件204的中部”指代的是沿着蛇形连接件204的延伸方向上，蛇形连接件204的端部之外的位置。

该种蛇形连接件204既能延长柔性铰链2第一安装板201到第二安装板202的传力路径，提供轴向位移卸载能力，又能提供径向刚度以及三向位移卸载能力。

在一个实施例中，蛇形连接件204的数量为多个，沿着垂直于连接轴203轴向的圆周分布，且多个蛇形连接件204相交于连接轴203或者连接轴203的延长线。其中，多个蛇形连接件204可以保证柔性铰链2的径向刚度。并且，优选多个蛇形连接件204沿着圆周均匀分布，进而保证柔性铰链2的受力均衡。

通过图5发现，蛇形连接件204的数量为四个，并且沿着图5中圆周的周向分布。其中，各个蛇形连接件204均沿着圆周的径向延伸，并且从圆周直径的一端延伸至直径的另一端。该种情况下，柔性铰链2既可以保证结构刚度，又可以节省柔性铰链2的材料，降低制造成本。

此外，在第一安装板201和第二安装板202上均形成有安装孔。第一安装板201上的安装孔用于和支撑件1上对应的安装孔之间配合，以满足连接需求。同样的，第二安装板202上的安装孔和卫星平台上的对应安装孔配合，以满足安装需求。其中，通过图1和图2发现，在支撑件1上，不论是第一安装接口102、第二安装接口103还是凸台101上，均形成有多个安装孔。

需要说明的是，也可以是第二安装板202连接蛇形连接件204两端，第一安装板201通过连接轴203连接蛇形安装板的中部，也即将第一安装板201和第二安装板202的位置调换。但是需要说明的是，由于第一安装板201连接支撑件1，支撑件1连接遥感相机，进而第一安装板201连接蛇形连接件204两端时可以更好避免遥感相机因为热应力影响光学系统成像质量。

除此以外，分离机构3可选择满足轴向刚度、径向刚度要求并且能够可靠解锁的成熟货架产品。根据分离原理不同，分离机构3分为爆炸螺栓式、分离螺母式以及记忆合金拔销式的分离机构3。由于分离机构3采用现有技术成熟的产品结构，因此此处不再对分离机构3的结构形式进行赘述。

进一步的，柔性铰链2和分离机构3在支撑件1上的安装结构形式请参见图7和图8，以及，图11和图12。通过图8发现，柔性铰链2的第一安装板201顶部抵接在支撑环底部，并且第一安装板201上的安装孔和第二安装接口103上的安装孔对应，进而当第一紧固件4包括螺钉和垫片的时候，螺钉穿过第一安装板201和第二安装接口103上的安装孔并固定。

遥感卫星装配时，首先将载荷适配器与卫星舱板通过第二紧固件5连接固定，具体的，将柔性连接件和分离机构3通过第二紧固件5与卫星舱板固定连接。之后，将遥感相机装配到载荷适配器上，具体的将遥感相机固定到支撑件1上。卫星发射段，分离机构3处于锁定状态，为遥感相机提供高连接刚度，确保遥感相机不受大过载而破坏。卫星入轨后分离机构3接受指令分离，卫星舱板与载荷适配器间实现三个柔性铰链2静定支撑。在轨温度变化时，通过柔性铰链2的变形释放遥感卫星与遥感相机径向、轴向热变形不匹配而产生的热应力。通过载荷适配器，能够实现遥感相机在遥感卫星上的静定支撑，并有效释放在轨温度变化导致的热应力，保证遥感相机成像质量优良。

以上遥感卫星载荷适配器能够同时满足卫星发射段卫星平台与遥感相机高连接刚度，卫星入轨后卫星平台与遥感相机静定支撑并有效释放热应力的要求，确保高分辨率遥感卫星在轨成像质量不受温度的影响，对于质量300kg以内的遥感相机具有通用性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种遥感卫星载荷适配器，其特征在于，包括：

支撑件，用于固定遥感相机；

分离机构，第一端与所述支撑件固定，第二端与遥感卫星的卫星平台固定，且用于在卫星入轨后从所述支撑件和所述卫星平台之间解锁；

柔性连接件，第一端与所述支撑件固定，第二端与所述卫星平台固定，柔性连接所述支撑件与所述卫星平台；

所述支撑件为支撑环，在所述支撑环上均匀分布有多个第一安装接口，且在所述支撑环上均匀分布有多个第二安装接口，所述第一安装接口用于安装所述分离机构，所述第二安装接口用于安装所述柔性连接件。

2.根据权利要求1所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述支撑环为六边形环，所述第一安装接口和第二安装接口的数量分别为三个，且交替设置于所述六边形环的拐角处。

3.根据权利要求1所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述分离机构第一端通过第一紧固件固定于所述第一安装接口，所述柔性连接件第一端通过第一紧固件固定于所述第二安装接口，所述分离机构第二端通过第二紧固件固定于所述卫星平台，所述柔性连接件第二端通过第二紧固件固定于所述卫星平台。

4.根据权利要求1所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述支撑环各个边长的中部均设置有凸台，所有所述凸台的表面共面，所述凸台用于固定遥感相机。

5.根据权利要求1所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述支撑件的材质与所述遥感相机壳体材质相同。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述柔性连接件为柔性铰链。

7.根据权利要求6所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述柔性铰链包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与所述支撑件固定，所述第二安装板与所述卫星平台固定，所述第一安装板和第二安装板之间设置有连接轴。

8.根据权利要求7所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述柔性铰链还包括蛇形连接件，所述蛇形连接件两端连接所述第一安装板，所述蛇形连接件中部连接所述连接轴的第一端，所述连接轴的第二端连接所述第二安装板。

9.根据权利要求8所述的遥感卫星载荷适配器，其特征在于，所述蛇形连接件的数量为多个，沿着垂直于所述连接轴轴向的圆周均匀分布，且多个所述蛇形连接件相交于所述连接轴或者所述连接轴的延长线。

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