CN112758353A - 天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构，该有效载荷结构包括位于上部的穹顶舱和位于下部的电子学舱，穹顶舱和电子学舱之间设置有隔热垫；其中，穹顶舱为类半球形结构，电子学舱为箱型结构，穹顶舱和电子学舱的电子学部件分别设置在半球形结构和箱型结构的内部；并且其中，穹顶舱的底部一体加工有穹顶舱法兰，电子学舱顶部安装有一体加工有电子学舱法兰，穹顶舱法兰和电子学舱法兰分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接。本发明实现了高度集成化、部分可更换组件的模块化、通用化、全方位屏蔽、高载荷质量比、良好的空间适应性的设计要求，且具备高刚度、高强度、质量轻、载重大、体积小的特点。

Description

天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构

技术领域

本发明涉及空间天文观测技术领域，具体涉及一种天文卫星的高集成度、模块化、全屏蔽化有效载荷结构。

背景技术

由于太空中存在着大量的空间辐射、带电粒子、高低温交替等严酷的空间环境，故所设计的空间天文观测设备需要满足空间环境的使用要求。且设备在发射阶段还要承受振动、噪声、冲击等力学环境，故设备需要具备足够的刚度、强度和良好的抗力学能力。

针对上述的使用要求，有效载荷整体需要设计一种高度集成化、模块化、全屏蔽化的整体组装式结构，从而保证设备在使用寿命期内满足在各类外部环境下的使用和工作要求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构，该有效载荷结构包括位于上部的穹顶舱和位于下部的电子学舱，穹顶舱和电子学舱之间设置有隔热垫；其中，穹顶舱为类半球形结构，电子学舱为箱型结构，穹顶舱和电子学舱的电子学部件分别设置在半球形结构和箱型结构的内部；并且其中，穹顶舱的底部一体加工有穹顶舱法兰，电子学舱顶部安装有一体加工的电子学舱法兰，穹顶舱法兰和电子学舱法兰分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接。

在一优选实施方式中，隔热垫为圆环状结构，其中，隔热垫上均匀间隔设置有多个螺钉安装部位，螺钉安装部位的顶部和底部分别与穹顶舱法兰和电子学舱法兰相接触，穹顶舱法兰、隔热垫和电子学舱法兰通过螺钉固定连接。

在一优选实施方式中，穹顶舱包括半球组件、25个GRD探测器和6个穹顶舱CPD探测器，半球组件为类半球结构，上部为球体结构，下部为圆柱体结构，半球组件的上部设置有17个GRD探测器和2个穹顶舱CPD探测器，半球组件的下部设置有8个GRD探测器和4个穹顶舱CPD探测器。

在一优选实施方式中，半球组件上设置有一体成型的GRD探测器安装法兰、穹顶舱CPD探测器安装法兰、天线安装法兰和线缆支架安装孔，GRD探测器安装法兰用于固定连接GRD探测器，穹顶舱CPD探测器安装法兰用于固定连接穹顶舱CPD探测器，天线安装法兰用于固定连接外接天线，线缆支架安装孔用于固定连接设置在半球组件内部的线缆支架。

在一优选实施方式中，半球组件的下部的4个穹顶舱CPD探测器均匀且对称布置，相邻两个穹顶舱CPD探测器之间的间距相等，并且相邻两个穹顶舱CPD探测器之间设置有两个GRD探测器，并且半球组件的上部的球体结构的边缘位置均匀且对称的布置有10个GRD探测器，半球组件的顶部中央布置有1个GRD探测器，半球组件的上部两侧位置对称布置有6个GRD探测器，并且半球组件的上部两侧位置分别设置有1个穹顶舱CPD探测器。

在一优选实施方式中，线缆支架设置有4个，线缆支架为铝合金拼接结构，用于GRD探测器及穹顶舱CPD探测器尾端线缆的绑扎固定，半球组件内部靠近穹顶舱法兰的位置设置有两个M4螺纹孔，用于装配时安装接地线。

在一优选实施方式中，穹顶舱CPD探测器和电子学舱CPD探测器均包括上部塑闪盒和下部电子学盒，塑闪盒和电子学盒螺接连接，塑闪盒用于安装固定塑闪，电子学盒用于耦合和安装尾端电子学，并且电子学盒的外部安装有电连接器，电子学盒内部耦合读出电路与电连接之间通过飞线连接，其中，穹顶舱CPD探测器的电连接器设置在电子学盒的底部，电子学舱CPD探测器的电连接器设置在电子学盒的侧面。

在一优选实施方式中，GRD探测器的外形为圆形，穹顶舱CPD探测器和电子学舱CPD探测器的外形均为长方形。

在一优选实施方式中，电子学舱包括电子学舱体结构、载荷处理器和电子学舱CPD探测器，电子学舱体结构包括电子学舱法兰和由四个侧板组成的安装框架，安装框架内部安装有载荷处理器，其中，电子学舱法兰固定在安装框架的顶部，电子学舱法兰和穹顶舱法兰均为圆形结构，且尺寸相匹配，相邻两个侧板的端部通过螺钉固定连接。

在一优选实施方式中，侧板外侧顶部和底部均设置有连接结构，其中侧板外侧顶部与电子学舱法兰固定连接，侧板外侧底部与整星平台固定连接。

与现有技术相比，本发明的天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构的有益效果是：本发明的有效载荷整体设计为高度集成化的整体组装式结构，有效载荷结构上部类半球形的穹顶舱具有良好的刚度、强度及高载荷质量比，所有电子学均在类半球形结构的内部，能够有效的屏蔽空间环境对电子学的影响。下部的电子学舱设计为具有高度承载能力的箱型结构，其内部为电子学部件，同样能够有效的屏蔽空间环境对电子学的影响。本发明实现了高度集成化、部分可更换组件的模块化、通用化、全方位屏蔽、高载荷质量比、良好的空间适应性的设计要求，并且具备高刚度、高强度、质量轻、载重大、体积小的特点。

附图说明

图1为本发明的优选实施方式的有效载荷结构整体立体示意图。

图2为本发明的优选实施方式的有效载荷结构的剖视图。

图3为图2中A处结构放大示意图。

图4为图2中B处结构放大示意图。

图5为本发明的优选实施方式的半球组件结构示意图。

图6为本发明的优选实施方式的线缆支架设置示意图。

图7为本发明的优选实施方式的电子学舱结构示意图。

图8为本发明的优选实施方式的GRD探测器结构示意图。

图9为本发明的优选实施方式的穹顶舱CPD探测器结构示意图。

图10为本发明的优选实施方式的电子学舱CPD探测器结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1-6所示，本发明优选实施方式的天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构包括位于上部的穹顶舱1和位于下部的电子学舱2，穹顶舱1和电子学舱2之间设置有隔热垫3。其中，穹顶舱1为类半球形结构，电子学舱2为箱型结构，穹顶舱1和电子学舱2的电子学部件分别设置在半球形结构和箱型结构的内部。并且其中，穹顶舱1的底部一体加工有穹顶舱法兰11，电子学舱2顶部安装有一体加工的电子学舱法兰21，穹顶舱法兰11和电子学舱法兰21分别设置有两道止口结构5，以形成相对嵌入式连接，从而最大程度上降低外部环境对于设备内容的电磁影响。

上述方案中，隔热垫3为圆环状结构，其中，隔热垫3上均匀间隔设置有多个螺钉安装部位，螺钉安装部位的顶部和底部分别与穹顶舱法兰和电子学舱法兰相接触，穹顶舱法兰11、隔热垫3和电子学舱法兰21通过螺钉4固定连接。优选的，螺钉4选用M5的钛合金螺钉。上下两部分之间通过隔热垫3，在一定程度上降低了力学环境对GRD探测器的晶体造成损伤。

如图1-5所示，穹顶舱1包括半球组件12、25个GRD探测器 13和6个穹顶舱CPD探测器14，半球组件12为类半球结构，上部为球体结构，下部为圆柱体结构，半球组件12的上部设置有17个GRD探测器13和2个穹顶舱CPD探测器14，半球组件12的下部设置有8个GRD探测器13和4个穹顶舱CPD探测器14。穹顶舱1设计为半球形结构，能够保证GRD和CPD两种探测器分布于设备的2π方向，实现设备的大视场科学观测，且观测视场为2π连续视场，避免出现观测死角而影响科学产出。需要说明的是，GRD探测器（伽马射线探测器）主要功能是实现 8keV～2 MeV 伽马射线探测，测量伽马暴的光变和能谱，对伽马暴进行定位。GRD探测器 同时给出伽马射线的能量和时间信息，用于物理分析。CPD探测器（荷电粒子探测器）是用于帮助区分 GRD探测器探测伽马暴和空间荷电粒子事件，可推断暴是由伽马射线还是荷电粒子(以电子为主)组成的，CPD探测器还可监测空间环境荷电粒子流强变化，研究GRD探测器在轨本底。

在一优选实施方式中，如图5-6所示，半球组件12上设置有一体成型的GRD探测器安装法兰121、穹顶舱CPD探测器安装法兰122、圆形天线安装法兰123、线缆支架安装孔124和太敏安装法兰125，GRD探测器安装法兰121用于固定连接GRD探测器13，穹顶舱CPD探测器安装法兰122用于固定连接穹顶舱CPD探测器14，天线安装法兰123用于固定连接外接天线，线缆支架安装孔124用于固定连接设置在半球组件内部的线缆支架15。

进一步的，半球组件12的下部的4个穹顶舱CPD探测器14均匀且对称布置，相邻两个穹顶舱CPD探测器14之间的间距相等，并且相邻两个穹顶舱CPD探测器14之间设置有两个GRD探测器13，并且半球组件的上部的球体结构的边缘位置均匀且对称的布置有10个GRD探测器13，半球组件12的顶部中央布置有1个GRD探测器13，半球组件12的上部两侧位置对称布置有6个GRD探测器13，并且半球组件12的上部两侧位置分别设置有1个穹顶舱CPD探测器14。

进一步的，电子学舱法兰21的上端面边缘位置沿周向开设有环形凹槽，该环形凹槽内设置有隔热垫3，电子学舱法兰的中央位置开设有多个减重孔211，并设置有三角形的电缆穿舱孔212，多个减重孔211和电缆穿舱孔212整体构成矩形结构。电子学舱内部的载荷穿舱电缆固定后通过电缆穿舱孔212进入穹顶舱中。

实施例2：

在一优选实施方式中，线缆支架15设置有4个，线缆支架为铝合金拼接结构，用于GRD探测器13及穹顶舱CPD探测器14尾端线缆的绑扎固定，半球组件12内部靠近穹顶舱法兰的位置设置有两个M4螺纹孔，用于装配时安装接地线。

实施例3：

在一优选实施方式中，如图1-7所示，电子学舱包括电子学舱体结构、载荷处理器23和电子学舱CPD探测器24，电子学舱体结构包括电子学舱法兰21和由四个侧板22组成的安装框架，这既有利于内部设备的安装调试，也简化了生产制造的难度，降低了生产成本。安装框架内部安装有载荷处理器23。为了保证电子学舱板结构安装接口的孔位精度及安装面平面度，采用四个侧板22与载荷处理器23整体组装后加工安装孔及平面度的方式，保证加工完成拆卸后再次装配时安装接口的精度。其中，电子学舱法兰21固定在安装框架的顶部，电子学舱法兰21和穹顶舱法兰11均为圆形结构，且尺寸相匹配，相邻两个侧板22的端部通过螺钉固定连接。其中一个侧板22上安装有两个电子学舱CPD探测器24。

进一步的，GRD探测器的外形为圆形，穹顶舱CPD探测器和电子学舱CPD探测器的外形均为长方形。

进一步的，侧板22外侧顶部和底部均设置有连接结构，其中侧板外侧顶部与电子学舱法兰21固定连接，侧板外侧底部与整星平台固定连接。优选的，该连接结构为上下凸耳式连接结构，其中上凸耳221的顶部与电子学舱法兰21固定连接，下凸耳222与整星平台固定连接。

进一步的，载荷处理器23由7层笼屉式框架结构组成，每层框架结构均安装有一层PCB，各层PCB之间使用板间连接器实现电连接，且各层框架结构通过贯穿螺钉进行整体连接固定。每层所述框架结构的侧面均设置有用于与电子学舱体结构固定连接的多个螺纹孔，以使载荷处理器23的四个侧面均与电子学舱体结构形成有效的连接，加强了整体电子学舱的刚度，使得电子学舱作为穹顶舱的支撑组件具有更高的强度和刚度。载荷处理器23整体为封闭的箱体结构，能够保证内部电子学模块的EMC性能同时有利于防止多余物进入载荷处理器23内部。

实施例4：

如图8-10所示，在本实施例中，GRD探测器结构设计上将上部晶体盒组件131和下部电子学盒132分体设计，形成独立的组件，两者通过螺接的方式实现结构连接。其中晶体盒部分使用气密封装工艺将晶体及光导封装到铝合金外壳内部，入射窗使用铍片，能够保证低能段的透过率。电子学盒132用于耦合和安装尾端电子学，电子学盒132外部安装一个电连接器130，以实现GRD探测器13和载荷处理器23的电连接，并且电子学盒132外部安装有电子学盒半圆盖138。其中电子学盒132内部耦合读出电路与电连接130之间使用飞线连接，在保证电路读出的同时更加容易实现GRD探测器单13体的装配和拆卸等工艺操作。

为了保证耦合读出器件与晶体盒组件131的良好接触关系，使得前放板133与耦合膜134具有均匀的压紧预压缩量，前放板133与耦合膜134之间设置有Tyvek纸137，前放板133的安装设计为边缘4点安装及中心压杆组件135压紧的方式。安装前放板133时使用专用工装压紧前放板在耦合膜134上同时保证前放板133的平面度，而后拧紧前放板4个安装螺钉136，最后紧固中间压杆，防止4个安装螺钉压紧后前放板中心发生翘曲。

在一优选实施方式中，穹顶舱CPD探测器和电子学舱CPD探测器均包括上部塑闪盒141和下部电子学盒142，塑闪盒141和电子学盒142螺接连接，塑闪盒141用于安装固定塑闪，电子学盒142用于耦合和安装尾端电子学，并且电子学盒142的外部安装有电连接器143，以实现CPD探测器和载荷处理器23的电连接。电子学盒内部耦合读出电路与电连接143之间通过飞线连接。穹顶舱CPD探测器14和电子学舱CPD探测器24的区别仅在于穹顶舱CPD探测器14的电连接器143设置在电子学盒142的底部，电子学舱CPD探测器24的电连接器143设置在电子学盒142的侧面。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种天文卫星的高度集成化、模块化、全屏蔽化有效载荷结构，其特征在于：所述有效载荷结构包括位于上部的穹顶舱和位于下部的电子学舱，所述穹顶舱和所述电子学舱之间设置有隔热垫；

其中，所述穹顶舱为类半球形结构，所述电子学舱为箱型结构，所述穹顶舱和电子学舱的电子学部件分别设置在所述半球形结构和所述箱型结构的内部；

并且其中，所述穹顶舱的底部一体加工有穹顶舱法兰，所述电子学舱顶部安装有一体加工的电子学舱法兰，所述穹顶舱法兰和电子学舱法兰分别设置有两道止口结构，以形成相对嵌入式连接。

2.根据权利要求1所述的有效载荷结构，其特征在于：所述隔热垫为圆环状结构，其中，所述隔热垫上均匀间隔设置有多个螺钉安装部位，所述螺钉安装部位的顶部和底部分别与所述穹顶舱法兰和电子学舱法兰相接触，所述穹顶舱法兰、隔热垫和电子学舱法兰通过螺钉固定连接。

3.根据权利要求1所述的有效载荷结构，其特征在于：所述穹顶舱包括半球组件、25个GRD探测器和6个穹顶舱CPD探测器，所述半球组件为类半球结构，上部为球体结构，下部为圆柱体结构，所述半球组件的上部设置有17个所述GRD探测器和2个所述穹顶舱CPD探测器，所述半球组件的下部设置有8个GRD探测器和4个穹顶舱CPD探测器。

4.根据权利要求3所述的有效载荷结构，其特征在于：所述半球组件上设置有一体成型的GRD探测器安装法兰、穹顶舱CPD探测器安装法兰、天线安装法兰和线缆支架安装孔，所述GRD探测器安装法兰用于固定连接GRD探测器，所述穹顶舱CPD探测器安装法兰用于固定连接穹顶舱CPD探测器，所述天线安装法兰用于固定连接外接天线，所述线缆支架安装孔用于固定连接设置在所述半球组件内部的线缆支架。

5.根据权利要求4所述的有效载荷结构，其特征在于：所述半球组件的下部的4个穹顶舱CPD探测器均匀且对称布置，相邻两个所述穹顶舱CPD探测器之间的间距相等，并且相邻两个所述穹顶舱CPD探测器之间设置有两个所述GRD探测器，并且所述半球组件的上部的球体结构的边缘位置均匀且对称的布置有10个GRD探测器，所述半球组件的顶部中央布置有1个所述GRD探测器，所述半球组件的上部两侧位置对称布置有6个GRD探测器，并且所述半球组件的上部两侧位置分别设置有1个穹顶舱CPD探测器。

6.根据权利要求4所述的有效载荷结构，其特征在于：所述线缆支架设置有4个，所述线缆支架为铝合金拼接结构，用于GRD探测器及穹顶舱CPD探测器尾端线缆的绑扎固定，所述半球组件内部靠近所述穹顶舱法兰的位置设置有两个M4螺纹孔，用于装配时安装接地线。

7.根据权利要求3所述的有效载荷结构，其特征在于：所述穹顶舱CPD探测器和所述电子学舱CPD探测器均包括上部塑闪盒和下部电子学盒，所述塑闪盒和电子学盒螺接连接，所述塑闪盒用于安装固定塑闪，所述电子学盒用于耦合和安装尾端电子学，并且所述电子学盒的外部安装有电连接器，电子学盒内部耦合读出电路与电连接之间通过飞线连接，其中，所述穹顶舱CPD探测器的电连接器设置在电子学盒的底部，所述电子学舱CPD探测器的电连接器设置在电子学盒的侧面。

8.根据权利要求7所述的有效载荷结构，其特征在于：所述GRD探测器的外形为圆形，所述穹顶舱CPD探测器和所述电子学舱CPD探测器的外形均为长方形。

9.根据权利要求1所述的有效载荷结构，其特征在于：所述电子学舱包括电子学舱体结构、载荷处理器和电子学舱CPD探测器，所述电子学舱体结构包括电子学舱法兰和由四个侧板组成的安装框架，所述安装框架内部安装有所述载荷处理器，其中，所述电子学舱法兰固定在所述安装框架的顶部，所述电子学舱法兰和所述穹顶舱法兰均为圆形结构，且尺寸相匹配，相邻两个所述侧板的端部通过螺钉固定连接。

10.根据权利要求1所述的有效载荷结构，其特征在于：所述侧板外侧顶部和底部均设置有连接结构，其中所述侧板外侧顶部与电子学舱法兰固定连接，所述侧板外侧底部与整星平台固定连接。

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