CN111559519A - 一种超长波天文观测卫星及其阵列构型 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超长波天文观测卫星及其阵列构型，采用了1颗主星携带多颗子星的构型，其中子星为平板式构型，且其顶面及底面的几何中心为圆孔构造。子星包括支持与服务模块以及科学载荷模块，其中，支持与服务模块主要布置于卫星内部底板上，科学载荷模块包括低频干涉成像谱仪，其偶极子天线布置于所述卫星顶面及底面的几何中心处，并且通过表贴于卫星顶面的体装式太阳能电池片提供能源支持。

Description

一种超长波天文观测卫星及其阵列构型

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种超长波天文观测卫星及其阵列构型。

背景技术

根据标准宇宙学模型理论，宇宙大爆炸结束后进入黑暗时代，在万有引力作用下原初扰动逐渐增长形成第一代恒星和星系，宇宙进入黎明时期。为了更好地了解宇宙的起源，对“黑暗时代”的研究成为当今科学前沿课题之一。目前已知的唯一直接观测宇宙“黑暗时代”的手段就是超长波射电观测。所述超长波射电是指中性氢原子超精细结构跃迁所产生的谱线，该谱线波长21cm，频率1420MHz，而“黑暗时代”的21cm谱线经过宇宙红移后频率降低到45MHz以下，相比银河系辐射等前景，“黑暗时代”信号非常微弱，其探测较为艰难。

文献“月球轨道编队超长波天文观测微卫星任务[J]，深空探测学报，2017”公开了一种超长波天文观测微卫星构型。如图1所示，该微卫星由支持与服务模块和科学载荷模块两大部分组成，其中，所述支持与服务模块包括作为整星主承力结构的贮箱001，用于与运载火箭提供的卫星支架进行对接的承力筒002及星箭分离机构003，为所述微卫星提供能源支持的锂离子蓄电池组004以及太阳电池阵005，用于科学数据传输的对地数传天线007，为微卫星提供遥测遥控传输的+X向UV天线081、-X向UV天线082以及-Y向测控天线009，用于卫星姿态测量的测角相机011以及星敏A 0121与星敏B 0122；所述科学载荷模块围绕所述贮箱001进行布局设计，包括对称布局的+X向偶极子天线061与-X向偶极子天线062以及星间定向天线010。在该文献中，通过将两颗所述微卫星进行联合编队，如图2所示，实现了超长波天文观测。

然而所述微卫星由于构型设计问题，所述对称的+X向偶极子天线与-X向偶极子天线之间距离较远，因此会引起热控温度差异，所述热控温度差异会对天文观测带来较大的影响。此外，为了解决能源问题，所述微卫星所使用的太阳电池阵会形成遮挡并含有一定的挠性，同时，由于所述对称的+X向偶极子天线与-X向偶极子天线周围的模块布局参差，都会或多或少地影响到天文观测。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种超长波天文观测卫星，包括支持与服务模块以及科学载荷模块，所述卫星为平板式构型，且其顶面及底面的几何中心为圆孔构造，所述科学载荷模块包括低频干涉成像谱仪，其中所述低频干涉成像谱仪包括偶极子天线，所述偶极子天线对称布置于所述卫星顶面及底面的几何中心处。

进一步地，所述支持与服务模块包括：

布局在所述卫星外侧的推力器、太阳敏感器、USB测控天线与体装式太阳能电池片，以及布置于所述卫星内部底板上的电源控制器、综合电子单元、星间基线测量单机、载荷中频放大板、贮箱、动量轮、陀螺组件、星敏感器、蓄电池、星间链路天线以及星空相机。

进一步地，所述体装式太阳能电池片表贴于所述卫星的顶面。

进一步地，所述卫星的截面为八边形。

进一步地，所述卫星还包括星间分离机构，所述星间分离机构包括固定孔位，所述固定孔位布置于所述卫星的侧面，共有四个。

进一步地，所述卫星发射及飞行时的包络尺寸相同。

本发明另一方面提供一种超长波天文观测卫星阵列构型，包括：

1个主星，所述主星为承力筒构型，包括顶板；以及

N个子星，所述子星为如上所述的超长波天文观测卫星，所述子星串联叠放于所述主星的顶板上，其中N为自然数。

进一步地，所述主星还包括包带，所述包带被配置为将主星与运载连接。

进一步地，所述子星通过星间分离机构串联。

本发明提供的一种超长波天文观测卫星，改善了对称偶极子天线的安装位置，使得所述对称偶极子天线之间距离变近，解决了热控温度差异对天文观测的影响。同时，所述构型采用了平板式的对称规则结构以及体装式太阳能电池板，构型设计合理、结构简单，不仅能满足载荷天线与能源的需求，同时也方便了多颗所述卫星作为子星串联叠放于主星顶板上，使得主星携带多颗子星更加方便、易实现。所述构型中，除载荷天线外，其余模块几乎均布局在结构内部，最大程度的减小了周围单机布局对天文观测的影响。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出现有技术中一种超长波天文观测微卫星构型的结构示意图；

图2示出现有技术中超长波天文观测微卫星在轨状态示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种超长波天文观测卫星的结构示意图；

图4示出本发明一个实施例的一种超长波天文观测卫星的天线展开示意图；

图5示出本发明一个实施例的一种超长波天文观测卫星的内部结构示意图；以及

图6示出本发明一个实施例的一种超长波天文观测卫星的阵列构型示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了克服现有卫星构型设计中偶极子天线距离较远，且其探测易被卫星上其他单机影响的缺陷，本发明提供一种低频干涉成像谱仪卫星及其组成的超长波天文观测卫星及其阵列构型。下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

一种超长波天文观测卫星，如图3所示，所述卫星为平板式构型，且其顶面及底面的几何中心为圆孔构造，在本发明的一个实施例中，所述卫星的截面为八边形。

所述卫星包括支持与服务模块以及科学载荷模块，如图3及图5所示，其中:

所述支持与服务模块包括：

能源单元，用于为所述卫星提供能源支持，包括体装式太阳能电池片111、蓄电池112以及电源控制器113，在本发明的一个实施例中，所述太阳能电池片111表贴于所述卫星的顶面，可以同时满足卫星的能源与载荷的需求；所述蓄电池112和电源控制器113布置于所述卫星内部的底板上；

轨道姿态控制单元，用于控制所述卫星的轨道和姿态，包括贮箱121、动量轮122、星敏感器123、太阳敏感器124、陀螺组件125以及推力器126，在本发明的一个实施例中，所述动量轮122、贮箱121、星敏感器123、及陀螺组件125布置于所述卫星内部的底板上，所述太阳敏感器124和推力器126分布于所述卫星的外侧；

综合电子单元131，用于控制所述卫星各单元及模块的运行，在本发明的一个实施例中，所述综合电子单元131布置于所述卫星内部的底板上；以及

星间链路单元，用于进行星间测量及星间通讯，包括星间基线测量单机141、星空相机142、USB测控天线143以及星间链路天线144，在本发明的一个实施例中，所述USB测控天线143布置于所述卫星的侧面，在本发明的又一个实施例中，所述星间基线测量单机141、星空相机142以及星间链路天线144布置于所述卫星内部底板上；以及

所述科学载荷模块包括：

低频干涉成像谱仪201，用于超长波天文观测，包括偶极子天线211和载荷中频放大板212，所述载荷中频放大板212布置于所述卫星内部底板上，所述偶极子天线211布置于所述卫星顶面及底面的几何中心处，如图4所示，由于所述卫星厚度小，因此，顶面和底面的偶极子天线在布局时，相互之间的距离极近，可以有效减小天线热控温度差异对天文观测的影响，同时，由于所述卫星的顶面和底面为平整平面，且基本没有布置其余单机，因此，所述偶极子天线对上或对下的半个球面视场内无障碍物遮挡。

在本发明的一个实施例中，所述卫星还包括星间分离机构301，所述星间分离机构包括固定孔位，所述固定孔位布置于所述卫星的侧面，共有四个。所述卫星发射及飞行时的包络尺寸相同，在本发明的一个实施例中，所述卫星发射和飞行时包络尺寸均为1154mm(X)×1086mm(Y)×290mm(Z)。

为了满足超长波天文观测的需求，本发明实施例中采用的一种超长波天文观测卫星阵列构型为1颗主星携带多颗子星的卫星组合体方案，如图6所示，所述构型包括：

1个主星601，所述主星为承力筒构型，包括顶板，承力筒构型可以形成子星-承力筒-下裙的直接传力路径，将载荷直接传递到运载，具有良好的承载能力，在本发明的一个实施例中，所述主星还包括包带，所述包带被配置为将主星与运载连接；以及

N个子星6021,6022,…,602N，所述子星为如上所述的超长波天文观测卫星，所述子星串联叠放于所述主星的顶板上，其中N为自然数，在本发明的一个实施例中，所述子星通过星间分离机构串联，当卫星分离时，从最外侧子星开始进行逐个分离。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (9)

1.一种超长波天文观测卫星，包括支持与服务模块以及科学载荷模块，其特征在于，所述超长波天文观测卫星为平板式构型，且其顶面及底面的几何中心为圆孔构造，其中，所述科学载荷模块包括：

低频干涉成像谱仪，所述低频干涉成像谱仪包括偶极子天线，所述偶极子天线布置于所述卫星顶面及底面的几何中心处。

2.如权利要求1所述的超长波天文观测卫星，其特征在于，所述支持与服务模块包括：

布局在卫星外侧的推力器、太阳敏感器、USB测控天线与体装式太阳能电池片；以及

布置于所述超长波天文观测卫星内部底板上的电源控制器、综合电子单元、星间基线测量单机、载荷中频放大板、贮箱、动量轮、陀螺组件、星敏感器、蓄电池、星间链路天线以及星空相机。

3.如权利要求2所述的超长波天文观测卫星，其特征在于，所述体装式太阳能电池片表贴于所述超长波天文观测卫星的顶面。

4.如权利要求1所述的超长波天文观测卫星，其特征在于，所述超长波天文观测卫星的截面为八边形。

5.如权利要求1所述的超长波天文观测卫星，其特征在于，还包括星间分离机构，所述星间分离机构包括固定孔位，所述固定孔位布置于所述卫星的侧面，共有四个。

6.如权利要求1所述的超长波天文观测卫星，其特征在于，所述超长波天文观测卫星发射及飞行时的包络尺寸相同。

7.一种超长波天文观测卫星的阵列构型，其特征在于，包括：

1个主星，所述主星为承力筒构型，包括顶板；以及

N个子星，所述子星为如权利要求1至6任一所述的超长波天文观测卫星，所述子星串联叠放于所述主星的顶板上，其中N为自然数。

8.如权利要求7所述的阵列构型，其特征在于，所述主星还包括包带，所述包带被配置为将主星与运载连接。

9.如权利要求7所述的阵列构型，其特征在于，所述子星通过星间分离机构串联。

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