CN111422378B - 静止轨道超大型可组装卫星平台构型以及在轨组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型，属于航天器技术领域，包括母平台，为整星的控制中心；过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ分别与母平台通过连接装置连接；功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ分别与过渡子平台Ⅰ通过连接装置连接；功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ分别与过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接；能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ分别与过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，提供电源；机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ分别安装于过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ上，执行在轨组装任务。本发明平台构型适合扩展，能够适应在轨10‑20t飞行重量的大型卫星在轨构建，应用于多种类型的卫星和服务站，应用范围广泛。

Description

静止轨道超大型可组装卫星平台构型以及在轨组装方法

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，具体地，涉及一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型以及在轨组装方法。

背景技术

随着卫星应用水平的发展，卫星对国防科技和国计民生的重要程度与日俱增。近年来，主要航天国家对于航天产业的投入持续加大，卫星发射数量呈逐年递增趋势，全球卫星发射数量年均增长超过20％。地球静止轨道卫星引起轨道的特殊性，在全球的通信、中继、对地观测等领域具有极其重要的地位。然而，地球静止轨道轨位资源非常稀缺，我国高轨卫星将面临日益紧张的轨位资源问题，因此，亟需发展具有更大承载能力的超大型卫星平台。

现有卫星平台受限于运载能力和运载包络限制，平台规模有限，在轨可组装卫星平台成为一种有效解决途径。超大型在轨可组装卫星平台将平台分解为若干个小型平台或功能模块，通过多次发射，在轨组装，形成更大规模的卫星平台，从而解决现有运载能力不足的问题。

超大型可组装卫星平台由于安装多种大型载荷，平台构型设计时需综合考虑平台结构干涉、静止轨道光照条件、质量惯量分布等问题。为此，亟需提出一种面向静止轨道应用的超大型可组装卫星平台构型。

经过对现有技术的检索，专利文献CN103863577A公开了一种框板式卫星构型以及模块化卫星，平台采用模块化设计，但是该专利仅能满足单个卫星平台的构型设计，无法在轨组装；再如专利文献CN105501471A公开了一种装载双反射面大型可展开天线的卫星构型，平台面向大型应用卫星设计，但是该构型平台同样无需在轨组装，在轨规模有限，结构不合理，不适用于本发明的可组装卫星平台。

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静止轨道超大型可组装卫星平台构型以及在轨组装方法。

根据本发明提供的一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型，包括：

母平台1：为整星的控制中心；

过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ：分别与母平台1通过连接装置连接，提供组装扩展接口；

功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ：分别与过渡子平台Ⅰ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台1输出的工作指令；

功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ：分别与过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台1输出的工作指令；

能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ：分别与过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，集中补充供电；

机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ：分别安装于过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ上，负责执行在轨组装任务。

优选地，所述连接装置包括：

连接组件Ⅰ1、连接组件Ⅰ2、连接组件Ⅰ3、连接组件Ⅰ4：分别沿过渡子平台Ⅰ的周向均匀布置，用于组装连接；

连接组件Ⅱ1、连接组件Ⅱ2、连接组件Ⅱ3、连接组件Ⅱ4，分别沿过渡子平台Ⅱ的周向均匀布置，用于组装连接。

优选地，所述任一个连接组件包括可伸展桁架2以及对接机构；

所述可伸展桁架2通过对接机构分别与各平台、各模块连接。

优选地，所述可伸展桁架2在母平台1的控制下能够伸长或缩短，其中，在所述过渡子平台Ⅰ和过渡子平台Ⅱ发射时收拢，在轨组装后逐个展开。

优选地，所述对接机构包括对接机构主动端3以及对接机构被动端4；

所述对接机构主动端3安装在可伸展桁架2上；

所述对接机构被动端4安装在母平台1、功能子平台或能源模块上。

优选地，所述母平台1、过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ、能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ上分别设置有对称的双太阳翼构型。

优选地，所述功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ、功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ分别设置有单太阳翼构型且都采用单轴驱动。

优选地，所述过渡子平台Ⅰ和所述过渡子平台Ⅱ相对于所述母平台1对称安装；

所述能源模块Ⅰ和所述能源模块Ⅱ相对于所述母平台1对称安装。

优选地，所述功能子平台Ⅰ和所述功能子平台Ⅲ相对于所述母平台1中心对称安装；

所述功能子平台Ⅱ和所述功能子平台Ⅳ相对于母平台1中心对称安装。

根据本发明提供的一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型在轨组装方法，包括如下步骤：

S1、发射母平台1入轨，发射过渡子平台Ⅰ入轨，通过机械臂Ⅰ抓捕母平台1，通过连接组件Ⅰ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ1中可伸展桁架展开到位；

S2、发射过渡子平台Ⅱ入轨，机械臂Ⅱ抓捕母平台1，通过连接组件Ⅱ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅱ1中可伸展桁架展开到位；

S3、发射功能子平台Ⅰ入轨，机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅰ，通过连接组件Ⅰ2中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ2中可伸展桁架展开到位；

S4、发射功能子平台Ⅲ入轨，机械臂Ⅱ抓捕功能子平台Ⅲ，通过连接组件Ⅱ2中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ2中可伸展桁架展开到位；

S5、发射功能子平台Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅱ，通过连接组件Ⅰ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ3中可伸展桁架展开到位；

S6、发射所述功能子平台Ⅳ入轨，机械臂Ⅱ抓捕所述功能子平台Ⅳ，通过连接组件Ⅱ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ3中可伸展桁架展开到位；

S7、发射能源模块Ⅰ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕所述功能源模块Ⅰ，通过连接组件Ⅰ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ4中可伸展桁架展开到位；

S8、发射能源模块Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅱ抓捕所述能源模块Ⅱ，通过连接组件Ⅱ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ4中可伸展桁架展开到位。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明平台构型适合扩展，能够适应在轨10～20t飞行重量的大型卫星在轨构建，既可以应用到天基信息港这种大型通信类卫星，也可以应用到超大型综合遥感卫星，还可以应用到高轨无人大型在轨服务站，应用范围广泛。

2、本发明平台采用多次发射在轨组装形成，母平台、功能子平台、能源模块通过过渡子平台连接形成组合体，满足多类型载荷综合承载要求。

3、平台构型空间开放，有效避免结构干涉，光照条件好，能源利用效率高。

4、本发明结构对称性好，质量特性分布均匀，惯量合理，结构实用，有利于卫星姿态控制。

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为连接组件的结构示意图；

图3为四个连接组件全部伸展后的结构示意图；

图4为四个连接组件全部缩回后的结构示意图；

图5为3个连接组件缩回、1个连接组件伸展的结构示意图。

图中示出：

母平台1 可伸展桁架2

对接机构主动端3 对接机构被动端4

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。

本发明提供了一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型，如图1所示，包括母平台1，为整星的控制中心，所述母平台负责整星的资源和任务管控，是平台核心部分；过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ分别与母平台1通过连接装置连接，提供组装扩展接口，是连接母平台1和各功能子平台、各能源模块过渡的节点；功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ分别与过渡子平台Ⅰ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台1输出的工作指令，执行具体的卫星任务；功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ分别与过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台1输出的工作指令，执行具体的卫星任务；能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ分别与过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，为各个设备提供电源，集中补充供电；机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ分别安装于过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ上，在母平台1的控制下，负责执行在轨组装任务。本发明平台构型适合扩展，能够适应在轨10～20t飞行重量的大型卫星在轨构建，既可以应用到天基信息港这种大型通信类卫星，也可以应用到超大型综合遥感卫星，还可以应用到高轨无人大型在轨服务站，应用范围广泛。

具体地，如图1所示，所述母平台1、过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ、能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ分别采用双太阳翼构型对称布置，如图3所示，其中，所述过渡子平台Ⅰ和所述过渡子平台Ⅱ相对于所述母平台1对称安装；所述能源模块Ⅰ和所述能源模块Ⅱ相对于所述母平台1对称安装；所述功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ、功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ分别采用单太阳翼构型且都采用单轴驱动，其中，所述功能子平台Ⅰ和所述功能子平台Ⅲ相对于所述母平台1中心对称安装，所述功能子平台Ⅱ和所述功能子平台Ⅳ相对于母平台1中心对称安装。因此本发明结构对称性好，质量特性分布均匀，惯量合理，结构实用，有利于卫星姿态控制。

具体地，如图1所示，所述连接装置包括连接组件Ⅰ1、连接组件Ⅰ2、连接组件Ⅰ3、连接组件Ⅰ4，分别沿过渡子平台Ⅰ的周向均匀布置，用于组装连接；连接组件Ⅱ1、连接组件Ⅱ2、连接组件Ⅱ3、连接组件Ⅱ4分别沿过渡子平台Ⅱ的周向均匀布置，用于组装连接。

进一步地，如图1所示，所述连接组件Ⅰ1、连接组件Ⅰ2、连接组件Ⅰ3、连接组件Ⅰ4、连接组件Ⅱ1、连接组件Ⅱ2、连接组件Ⅱ3、连接组件Ⅱ4中任一个连接组件都包括可伸展桁架2以及对接机构，如图2所示；所述可伸展桁架2通过对接机构分别与各平台、各模块连接，其中各平台为过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ、功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ、功能子平台Ⅲ以及功能子平台Ⅳ；所述各模块包括能源模块Ⅰ以及能源模块Ⅱ。所述可伸展桁架2在母平台1的控制下能够伸长或缩短，如图3、图4、图5所示，其中，在所述过渡子平台Ⅰ和过渡子平台Ⅱ发射时收拢，在轨组装后逐个展开。

进一步地，如图2所示，所述对接机构包括对接机构主动端3以及对接机构被动端4；所述对接机构主动端3安装在可伸展桁架2上；所述对接机构被动端4安装在母平台1、功能子平台或能源模块上，其中功能子平台包括功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ、功能子平台Ⅲ以及功能子平台Ⅳ；能源模块包括能源模块Ⅰ以及能源模块Ⅱ。

本发明在轨组装的原理如下：

首先发射母平台1入轨，发射过渡子平台Ⅰ入轨，通过机械臂Ⅰ抓捕母平台1，通过连接组件Ⅰ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ1中可伸展桁架展开到位；其次，发射过渡子平台Ⅱ入轨，机械臂Ⅱ抓捕母平台1，通过连接组件Ⅱ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅱ1中可伸展桁架展开到位；再次，发射功能子平台Ⅰ入轨，机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅰ，通过连接组件Ⅰ2中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ2中可伸展桁架展开到位；第四，发射功能子平台Ⅲ入轨，机械臂Ⅱ抓捕功能子平台Ⅲ，通过连接组件Ⅱ2中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ2中可伸展桁架展开到位；第五，发射功能子平台Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅱ，通过连接组件Ⅰ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ3中可伸展桁架展开到位；第六，发射所述功能子平台Ⅳ入轨，机械臂Ⅱ抓捕所述功能子平台Ⅳ，通过连接组件Ⅱ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ3中可伸展桁架展开到位；第七，发射能源模块Ⅰ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕所述功能源模块Ⅰ，通过连接组件Ⅰ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ4中可伸展桁架展开到位；最后，发射能源模块Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅱ抓捕所述能源模块Ⅱ，通过连接组件Ⅱ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ4中可伸展桁架展开到位。

本发明平台采用多次发射在轨组装形成，母平台、功能子平台、能源模块通过过渡子平台连接形成组合体，满足多类型载荷综合承载要求。平台构型空间开放，有效避免结构干涉，光照条件好，能源利用效率高。

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 (7)

1.一种静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，包括：

母平台（1）：为整星的控制中心；

过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ：分别与母平台（1）通过连接装置连接，提供组装扩展接口；

功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ：分别与过渡子平台Ⅰ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台（1）输出的工作指令；

功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ：分别与过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，搭载工作载荷，执行母平台（1）输出的工作指令；

能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ：分别与过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ通过连接装置连接，集中补充供电；

机械臂Ⅰ、机械臂Ⅱ：分别安装于过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ上，负责执行在轨组装任务；

所述连接装置包括：

连接组件Ⅰ1、连接组件Ⅰ2、连接组件Ⅰ3、连接组件Ⅰ4：分别沿过渡子平台Ⅰ的周向均匀布置，用于组装连接；

连接组件Ⅱ1、连接组件Ⅱ2、连接组件Ⅱ3、连接组件Ⅱ4，分别沿过渡子平台Ⅱ的周向均匀布置，用于组装连接；

所述母平台（1）、过渡子平台Ⅰ、过渡子平台Ⅱ、能源模块Ⅰ、能源模块Ⅱ上分别设置有对称的双太阳翼构型；

所述功能子平台Ⅰ、功能子平台Ⅱ、功能子平台Ⅲ、功能子平台Ⅳ分别设置有单太阳翼构型且都采用单轴驱动。

2.根据权利要求1所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，所述任一个连接组件包括可伸展桁架（2）以及对接机构；

所述可伸展桁架（2）通过对接机构分别与各平台、各模块连接。

3.根据权利要求2所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，所述可伸展桁架（2）在母平台（1）的控制下能够伸长或缩短，其中，在所述过渡子平台Ⅰ和过渡子平台Ⅱ发射时收拢，在轨组装后逐个展开。

4.根据权利要求2所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，所述对接机构包括对接机构主动端（3）以及对接机构被动端（4）；

所述对接机构主动端（3）安装在可伸展桁架（2）上；

所述对接机构被动端（4）安装在母平台（1）、功能子平台或能源模块上。

5.根据权利要求1所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，所述过渡子平台Ⅰ和所述过渡子平台Ⅱ相对于所述母平台（1）对称安装；

所述能源模块Ⅰ和所述能源模块Ⅱ相对于所述母平台（1）对称安装。

6.根据权利要求1所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型，其特征在于，所述功能子平台Ⅰ和所述功能子平台Ⅲ相对于所述母平台（1）中心对称安装；

所述功能子平台Ⅱ和所述功能子平台Ⅳ相对于母平台（1）中心对称安装。

7.一种如权利要求1所述的静止轨道超大型可组装卫星平台构型在轨组装方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、发射母平台（1）入轨，发射过渡子平台Ⅰ入轨，通过机械臂Ⅰ抓捕母平台（1），通过连接组件Ⅰ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ1中可伸展桁架展开到位；

S2、发射过渡子平台Ⅱ入轨，机械臂Ⅱ抓捕母平台（1），通过连接组件Ⅱ1中对接机构完成对接，连接组件Ⅱ1中可伸展桁架展开到位；

S3、发射功能子平台Ⅰ入轨，机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅰ，通过连接组件Ⅰ2中对接机构完成对接，连接组件Ⅰ2中可伸展桁架展开到位；

S4、发射功能子平台Ⅲ入轨，机械臂Ⅱ抓捕功能子平台Ⅲ，通过连接组件Ⅱ2中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ2中可伸展桁架展开到位；

S5、发射功能子平台Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕功能子平台Ⅱ，通过连接组件Ⅰ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ3中可伸展桁架展开到位；

S6、发射所述功能子平台Ⅳ入轨，机械臂Ⅱ抓捕所述功能子平台Ⅳ，通过连接组件Ⅱ3中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ3中可伸展桁架展开到位；

S7、发射能源模块Ⅰ入轨，所述机械臂Ⅰ抓捕所述能源模块Ⅰ，通过连接组件Ⅰ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅰ4中可伸展桁架展开到位；

S8、发射能源模块Ⅱ入轨，所述机械臂Ⅱ抓捕所述能源模块Ⅱ，通过连接组件Ⅱ4中对接机构完成对接，所述连接组件Ⅱ4中可伸展桁架展开到位。

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