CN111409878A - 开放式可组装模块平台舱构型 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种开放式可组装模块平台舱构型，属于航天器构型技术领域，包括板式舱体、标准可更换模块以及标准对接接口；标准可更换模块通过标准对接接口安装在板式舱体上；板式舱体为格式框架结构并呈前后开放式和对称式，标准可更换模块与板式舱体组合形成抽屉式结构，标准可更换模块能够借助机器人抓捕、拔取、抽离出平台舱进行在轨维护。本发明适用于高轨超大型可组装可维护卫星平台，既可以作为超大型卫星平台的组成部分，也可以作为超大型卫星平台进行模块化单机在轨维护的运输工具；模块平台舱构型可扩展，标准模块的数量和尺寸可设计，整体构型具有较高的通用性，构型简单，易于批量化生产，有利于降低研制成本。

Description

开放式可组装模块平台舱构型

技术领域

本发明涉及航天器构型技术领域，具体地，涉及一种开放式可组装模块平台舱构型。

背景技术

近些年来，为了充分利用宝贵的静止轨道资源、缓解激烈的轨位争夺形势，以及突破运载能力对卫星规模的约束，超大型在轨可组装卫星平台成为高轨卫星的发展趋势。为了缓解大规模卫星平台研制、发射成本高的问题，以及满足超大型卫星的长寿命要求，基于模块化设计的在轨可维护能力成为超大型卫星平台的基本要求。模块化设计有利于卫星平台对故障单机进行及时更换，便于先进载荷的更新换代，另外，可通过模块的选择和组合来满足不同载荷的需求，模块化设计还可以实现高效的测试与总装。

对于超大型可组装卫星平台，高度的模块化设计通常需要独立的模块舱作为可更换模块的载体。近些年来，对卫星平台模块化设计的研究引起了国内航天器设计者的广泛兴趣，专利文献CN107697317A公开了了一种模块微纳卫星平台，通过4根螺杆将一组叠层框架串连为一体式卫星平台，在叠层框架内部安装卫星平台子系统；专利文献CN103482082A公开了一种模块化微型卫星平台构型，由底板、顶板和侧板构成一种箱板式六面体本体构型，在各侧板内侧安装分系统模块；专利文献CN104290920A公开了一种模块化可重构微纳卫星结构，由顶板、底板和侧板构成一个箱板式八棱柱本体构型，各侧板上集成了不同的单机标准接口，通过不同侧板的拼装可实现不同单机载荷的组合，从而达到卫星平台的重构；但上述三个文献中的模块化设计主要是针对独立的单个微型卫星，卫星平台不具备可组装能力，且卫星本体为封闭式构型，不便于进行在轨维护。

另外，专利文献CN106628253A公开了一种椎柱式模块化卫星平台架构，采用了椎柱式同轴性构型，单机模块通过标准接口布置在星表，具有即插即用功能，但是此卫星平台本体为不规则构型，空间利用率较低，也不具备可组装能力。因此，亟需提出一种面向超大型可组装、可维护卫星平台模块化设计的高效通用的模块平台舱构型。为了适应超大型卫星平台可组装、可维护的能力需求，模块平台舱外部需具备与可组装卫星平台进行可靠连接的对接接口，模块平台舱内部应提供可更换模块的标准接口，支持模块的即插即用。另外，考虑到模块在轨更换的便捷性，模块平台舱的构型设计应便于机器人进行在轨操作。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种开放式可组装模块平台舱构型。

根据本发明提供的一种开放式可组装模块平台舱构型，包括板式舱体1、标准可更换模块2以及标准对接接口；

所述标准可更换模块2通过标准对接接口安装在板式舱体1上。

优选地，所述板式舱体1包括上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11、层板12、隔板13以及模块安装板14；

所述左侧板10和右侧板11平行布置且左侧板10和右侧板11之间平行布置有一个或多个隔板13，所述隔板13设置在上面板8和下面板9之间；

所述上面板8的两端分别与左侧板10的上端、右侧板11的上端连接，所述下面板9的两端分别与左侧板10的下端、右侧板11的下端连接；

所述上面板8和下面板9平行布置且上面板8和下面板9之间平行布置有一个或多个层板12，所述层板12设置在左侧板10和右侧板11之间；

所述上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11组成长方体结构且所述模块安装板14分别与上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11垂直。

优选地，所述模块安装板14的数量为两个且所述两个模块安装板14相互平行的布置在长方体结构的中部，其中，所述模块安装板14的安装位置能够根据不同型号的标准可更换模块2进行调整。

优选地，所述标准对接接口包括舱体组装接口、模块安装接口以及机器人抓捕接口；

其中，所述舱体组装接口包括舱体组装接口主动端4以及舱体组装接口被动端3；

所述模块安装接口包括模块安装接口主动端7以及模块安装接口被动端6；

所述机器人抓捕接口包括机器人抓捕接口被动端5；

所述舱体组装接口主动端4、舱体组装接口被动端3分别安装在左侧板10、右侧板11上；

所述模块安装接口被动端6安装在模块安装板14上；

所述模块安装接口主动端7、机器人抓捕接口被动端5分别设置在标准可更换模块2的两侧。

优选地，所述标准可更换模块2通过模块安装接口安装在板式舱体1上的模块安装板14上。

优选地，所述舱体组装接口被动端3、所述舱体组装接口主动端4的数量分别为4个；

所述4个舱体组装接口被动端3在左侧板10上呈中心对称布置；

所述4个舱体组装接口主动端4在右侧板11上呈中心对称布置；

所述标准可更换模块2的两侧分别设置有1个机器人抓捕接口被动端5、4个模块安装接口主动端7，且机器人抓捕接口被动端5布置在标准可更换模块2的侧面，4个模块安装接口主动端7呈中心对称布置。

优选地，所述模块安装板14上设置有多组模块安装接口被动端6，每组模块安装接口被动端6的数量分别为4个且一个组内的4个模块安装接口被动端6呈中心对称布置。

优选地，所述可更换模块2以及板式舱体1形成大模块，通过舱体组装接口与卫星平台能够实现在轨组装和构型扩展。

优选地，所述标准可更换模块2能够借助机器人抓捕、拔取、抽离出平台舱进行在轨维护，所述标准可更换模块2与所述板式舱体1组合形成抽屉式结构。

优选地，所述板式舱体1的外包络尺寸为2000㎜×2000㎜×2000㎜；

所述标准可更换模块2的外包络尺寸采用450㎜×450㎜×800㎜、450㎜×600㎜×800㎜和/或500㎜×900㎜×800㎜。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明适用于高轨超大型可组装可维护卫星平台，既可以作为超大型卫星平台的组成部分，也可以作为超大型卫星平台进行模块化单机在轨维护的运输工具；模块平台舱构型可扩展，标准模块的数量和尺寸可设计，整体构型具有较高的通用性，构型简单，设计灵活，易于批量化生产，有利于降低研制成本。

2、模块平台舱采用了标准的对接接口，可满足超大型卫星平台的快速组装和集成要求，以及可更换模块的即插即用要求。

3、模块平台舱构型开放、对称性好、空间利用率高，有利于机器人进行在轨操作。

4、板式舱体1采用了分层级的模块化设计思想，可将装有标准可更换模块2的板式舱体1作为一个大模块，通过舱体组装接口，使得大模块具有在轨可组装拼接的能力；高程度的模块化设计为超大型卫星平台的构建提供了新的有效方法，并对延长卫星平台的使用寿命、实现重要单机的更新换代具有重要意义。

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为本发明的结构示意图；

图2为板式舱体1的俯视图；

图3为板式舱体1的结构示意图；

图4为3种不同尺寸标准可更换模块2的结构示意图。

图中示出：

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种开放式可组装模块平台舱构型，如图1所示，包括板式舱体1、标准可更换模块2以及标准对接接口；所述标准可更换模块2通过标准对接接口安装在板式舱体1上，在一个优选例中，所述标准可更换模块2通过模块安装接口安装在板式舱体1上的模块安装板14上。本发明提供一种面向超大型可组装卫星平台的通用模块平台舱构型，能够针对不同的航天任务，满足超大型卫星平台的快速组装、集成要求，且平台舱构型便于标准可更换模块2的在轨维护。

进一步地，所述标准可更换模块2是指星上可维护设备或组件，包括高故障概率的单机模块，更新换代较快的或升级频次较高的单机模块，以及可扩展性较强的计算、存储、能源模块等。

具体地，如图1、图3所示，所述板式舱体1包括上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11、层板12、隔板13以及模块安装板14；所述左侧板10和右侧板11平行布置且左侧板10和右侧板11之间平行设置有一个或多个隔板13，所述隔板13设置在上面板8和下面板9之间；所述上面板8的两端分别与左侧板10的上端、右侧板11的上端连接，所述下面板9的两端分别与左侧板10的下端、右侧板11的下端连接；所述上面板8和下面板9平行布置且上面板8和下面板9之间平行布置有一个或多个层板12，所述层板12设置在左侧板10和右侧板11之间；所述上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11组成长方体结构且所述模块安装板14分别与上面板8、下面板9、左侧板10、右侧板11垂直。

具体地，如图1所示，所述板式舱体1通过板间连接件连接而成的格式框架结构，舱体构型呈前后开放式和对称式，每个舱体安装格能够在前、后各安装一组标准可更换模块2,标准可更换模块2与板式舱体1组合形成抽屉式结构，所述标准可更换模块2能够借助机器人抓捕、拔取、抽离出平台舱进行在轨维护。

进一步地，如图1、图3、图4所示，所述板式舱体1的内部格式构型也可以依据标准可更换模块2的尺寸和数量进行适应性设计调整，以满足不同尺寸和数量的标准可更换模块2的安装。具体地，层板12与隔板13的尺寸、数量以及板间安装位置，可依据可更换模块的尺寸与数量做适应性修改，因此板式舱体1同时能够满足多种尺寸的标准可更换模块2的安装。

具体地，如图1、图3、图4所示，所述板式舱体1的外包络尺寸也可根据航天任务作适应性扩展；所述板式舱体1采用长方体构型，其前、后面为开放式，且舱体构型呈前后对称式，所述模块安装板14的数量为两个且所述两个模块安装板14相互平行的布置在长方体结构的中部，其中，所述模块安装板14的安装位置能够根据不同型号的标准可更换模块2进行调整。其中所述板式舱体1上的面板、侧板及安装板构成板式舱体1的主要框架，层板、隔板与安装板依据可更换模块的尺寸和数量将舱体分隔围成适用于多个模块安装的格式框架，并依据具体的航天任务，板式舱体的包络尺寸再进行适应性修改。

更进一步地，标准可更换模块2的尺寸可依据星上设备和组件的实际包络进行标准化设计，在一个实施例中，标准可更换模块2设计了3中标准尺寸的可更换模块，如图4所示，其中，所述标准可更换模块2的外包络尺寸包括450㎜×450㎜×800㎜、450㎜×600㎜×800㎜、500㎜×900㎜×800㎜。

具体地，标准可更换模块2通过标准对接接口安装在模块安装板14上，并具备即插即用功能，通过机器人抓捕接口实现与机器人的对接，完成在轨维护任务。板式舱体1上的标准对接接口，使得标准可更换模块2可作为一个通用模块与卫星平台进行在轨组装，实现平台构型扩展。

具体地，如图1、图2、图3、图4所示，所述可更换模块2以及板式舱体1形成大模块，通过舱体组装接口与卫星平台能够实现在轨组装和构型扩展。

具体地，如图1、图2、图3、图4所示，所述板式舱体1前后方向未采用板式结构进行封闭，意在方便可更换模块的在轨维护，在一个优选例中，所述板式舱体1的外包络尺寸为2000㎜×2000㎜×2000㎜；在所述板式舱体1中，层板12和隔板13的数量以及板间安装位置可依据标准可更换模块2的尺寸和数量作适应性修改。

具体地，所述标准对接接口采用了标准化设计，具备完全可重复特性。标准对接接口的设计分为主动端和被动端。具体地，如图1、图3、图4所示，所述标准对接接口包括舱体组装接口、模块安装接口以及机器人抓捕接口；舱体组装接口可满足舱段之间的任意组装，也可用于平台舱与卫星平台的对接组装，模块安装接口用于标准可更换模块2在平台内部的固定安装，机器人抓捕接口用于满足机器人对标准可更换模块2的抓捕与控制。

具体地，所述舱体组装接口包括舱体组装接口主动端4以及舱体组装接口被动端3，所述模块安装接口包括模块安装接口主动端7以及模块安装接口被动端6；所述机器人抓捕接口包括机器人抓捕接口被动端5；所述舱体组装接口主动端4、舱体组装接口被动端3分别安装在左侧板10、右侧板11上；所述模块安装接口被动端6安装在模块安装板14上；所述模块安装接口主动端7、机器人抓捕接口被动端5分别设置在标准可更换模块2的两侧。

进一步地，所述舱体组装接口被动端3、所述舱体组装接口主动端4的数量分别为4个；所述4个舱体组装接口被动端3在左侧板10上呈中心对称布置；所述4个舱体组装接口主动端4在右侧板11上呈中心对称布置；所述标准可更换模块2的两侧分别设置有1个机器人抓捕接口被动端5、4个模块安装接口主动端7，且机器人抓捕接口被动端5布置在标准可更换模块2的侧面，如图1、图3所示，其中，由右侧板11、隔板13、层板12、上面板8以及模块安装板14共同形成长方体的容纳空间，所述机器人抓捕接口被动端5安装在长方体的容纳空间中；4个模块安装接口主动端7呈中心对称布置。

更进一步地，所述模块安装板14上设置有多组模块安装接口被动端6，每组模块安装接口被动端6的数量分别为4个且一个组内的4个模块安装接口被动端6呈中心对称布置。

板式舱体1采用了分层级的模块化设计思想，首先可将装有标准可更换模块2的板式舱体1作为一个大模块，通过舱体组装接口，使得大模块具有在轨可组装拼接的能力；进一步地，对星上单机进行模块标准化设计，通过模块安装接口，使得标准可更换模块2满足在轨可维护以及即插即用的需求。高程度的模块化设计为超大型卫星平台的构建提供了新的有效方法，并对于延长卫星平台的使用寿命、实现重要单机的更新换代具有重要意义。

本发明提供的可组装模块平台舱采用了整体模块化设计的思想，每个模块平台舱可作为一个大模块参与超大型卫星平台的组装，模块平台舱与卫星平台之间通过标准对接接口实现连接。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

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)

1.一种开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，包括板式舱体(1)、标准可更换模块(2)以及标准对接接口；

所述标准可更换模块(2)通过标准对接接口安装在板式舱体(1)上。

2.根据权利要求1所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述板式舱体(1)包括上面板(8)、下面板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)、层板(12)、隔板(13)以及模块安装板(14)；

所述左侧板(10)和右侧板(11)平行布置且左侧板(10)和右侧板(11)之间平行布置有一个或多个隔板(13)，所述隔板(13)设置在上面板(8)和下面板(9)之间；

所述上面板(8)的两端分别与左侧板(10)的上端、右侧板(11)的上端连接，所述下面板(9)的两端分别与左侧板(10)的下端、右侧板(11)的下端连接；

所述上面板(8)和下面板(9)平行布置且上面板(8)和下面板(9)之间平行布置有一个或多个层板(12)，所述层板(12)设置在左侧板(10)和右侧板(11)之间；

所述上面板(8)、下面板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)组成长方体结构且所述模块安装板(14)分别与上面板(8)、下面板(9)、左侧板(10)、右侧板(11)垂直。

3.根据权利要求2所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述模块安装板(14)的数量为两个且所述两个模块安装板(14)相互平行的布置在长方体结构的中部，其中，所述模块安装板(14)的安装位置能够根据不同型号的标准可更换模块(2)进行调整。

4.根据权利要求1所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述标准对接接口包括舱体组装接口、模块安装接口以及机器人抓捕接口；

其中，所述舱体组装接口包括舱体组装接口主动端(4)以及舱体组装接口被动端(3)；

所述模块安装接口包括模块安装接口主动端(7)以及模块安装接口被动端(6)；

所述机器人抓捕接口包括机器人抓捕接口被动端(5)；

所述舱体组装接口主动端(4)、舱体组装接口被动端(3)分别安装在左侧板(10)、右侧板(11)上；

所述模块安装接口被动端(6)安装在模块安装板(14)上；

所述模块安装接口主动端(7)、机器人抓捕接口被动端(5)分别设置在标准可更换模块(2)的两侧。

5.根据权利要求4所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述标准可更换模块(2)通过模块安装接口安装在板式舱体(1)上的模块安装板(14)上。

6.根据权利要求4所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述舱体组装接口被动端(3)、所述舱体组装接口主动端(4)的数量分别为4个；

所述4个舱体组装接口被动端(3)在左侧板(10)上呈中心对称布置；

所述4个舱体组装接口主动端(4)在右侧板(11)上呈中心对称布置；

所述标准可更换模块(2)的两侧分别设置有1个机器人抓捕接口被动端(5)、4个模块安装接口主动端(7)，且机器人抓捕接口被动端(5)布置在标准可更换模块(2)的侧面，4个模块安装接口主动端(7)呈中心对称布置。

7.根据权利要求6所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述模块安装板(14)上设置有多组模块安装接口被动端(6)，每组模块安装接口被动端(6)的数量分别为4个且一个组内的4个模块安装接口被动端(6)呈中心对称布置。

8.根据权利要求1所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述可更换模块(2)以及板式舱体(1)形成大模块，通过舱体组装接口与卫星平台能够实现在轨组装和构型扩展。

9.根据权利要求1所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述标准可更换模块(2)能够借助机器人抓捕、拔取、抽离出平台舱进行在轨维护，所述标准可更换模块(2)与所述板式舱体(1)组合形成抽屉式结构。

10.根据权利要求1所述的开放式可组装模块平台舱构型，其特征在于，所述板式舱体(1)的外包络尺寸为2000㎜×2000㎜×2000㎜；

所述标准可更换模块(2)的外包络尺寸采用450㎜×450㎜×800㎜、450㎜×600㎜×800㎜和/或500㎜×900㎜×800㎜。

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