CN113148226A - 具有分离装置的一箭多星发射系统及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有分离装置的一箭多星发射系统及分离方法，包括基座，基座上设置有锁紧绳、切断器以及释放组件，锁紧绳用于锁紧多个模块化卫星；还包括多个模块化卫星，任一模块化卫星上均设置有压紧孔和锁紧孔；压紧绳依次穿设多个模块化卫星上的压紧孔，橡胶柱位于距离基座最远的模块化卫星背离基座的一侧，且橡胶柱的尺寸略大于压紧孔最小横截面的尺寸；且所述锁紧绳处于张紧状态。通过锁紧绳将多个模块化卫星锁紧安装在基座上，并配合压紧绳、橡胶柱以及分离弹簧依次释放多个模块化卫星，从而有助于减小分离时对模块化卫星的冲击，进而有助于提高多颗模块化卫星入轨的稳定性，且成本低，操作简便，可靠性高。

Description

具有分离装置的一箭多星发射系统及分离方法

技术领域

本发明涉及卫星发射入轨技术领域，具体地，涉及一种具有分离装置的一箭多星发射系统及分离方法。

背景技术

“一箭多星”是用一枚运载火箭将两颗以上的卫星发射至预定轨道。“一箭多星”发射能使单颗卫星的发射费用降低,有助于用大、中型运载火箭发射多颗中、小型以及微纳卫星。对于由中小型卫星组建全球通信与导航卫星网络系统,从费用、时间以及火箭运载能力来看,最可行的方案是“一箭多星”发射。伴随着微小卫星技术的快速发展,“一箭多星”发射任务的需求将越来越多。

当一次发射的多颗卫星对轨道高度及轨道相位没有较高要求，如搭载发射多颗微纳卫星，火箭入轨后，只需要在特定轨道上将卫星依次放出，确保分离出的卫星之间不发生碰撞即可。但是当一次发射的多颗卫星对轨道高度及轨道相位有较高要求时，实施“一箭多星”发射任务，运载火箭在传统技术基础上就必须有一个先进的上面级，通过上面级的多次点火、启动、机动至同一轨道面不同相位处或者不同轨道高度处，完成卫星分离机轨道部署，以满足不同卫星入轨的相位或高度要求。以上两种发射方式均要求卫星分离稳定可控，尤其是后一种对卫星分离的可控性提出了更高的要求。

现有公开号为CN106043741B的中国专利，其公开了一种适应一箭多星发射的卫星构型设计方法。本发明针对低倾角轨道太阳角大范围变化的光照特点，将卫星梯形截面下底所对应的外表面改进为由三块板围成拱形作为固定太阳电池阵的安装面，对三块电池板夹角进行迭代优化方法。本发明本方法设计的卫星构型可等效为一段截面为梯形的棱柱体和两段截面为梯形的斜棱柱体组成。

发明人认为，现有技术中采用的中心承力筒式多星分配器，可实现分离卫星的数量有限，且采用点式分离机构需要进行多次火工品起爆，对卫星有较为明显的冲击，存在待改进之处。

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具有分离装置的一箭多星发射系统及分离方法。

根据本发明提供的一种分离装置,包括基座，所述基座上设置有锁紧绳、切断器以及释放组件，所述锁紧绳用于锁紧多个模块化卫星，所述切断器用于切断锁紧绳，所述释放组件用于依次释放模块化卫星。

优选地，所述释放组件包括分离弹簧、橡胶柱以及压紧绳，所述分离弹簧设置在基座上并用于提供释放模块化卫星的作用力，所述橡胶柱紧固安装在压紧绳的一端，所述压紧绳的另一端安装在基座上，且所述基座上还设置有用于收紧压紧绳的驱动件。

优选地，所述基座上开设有安装孔，所述切断器包括熔断式切割器，所述熔断式切割器嵌设在安装孔内，且所述锁紧绳锁紧多个模块化卫星时，所述熔断式切割器与锁紧绳抵触配合。

优选地，所述基座上还设置有回收组件，所述回收组件包括回收电机和绞盘，所述回收电机紧固安装在基座上，且所述回收电机用于驱动绞盘转动；所述锁紧绳的一端安装在绞盘上，所述锁紧绳自其与绞盘的连接处向远离基座的方向延伸一段距离，所述锁紧绳距离基座的最远端向靠近基座的方向延伸至基座，且所述锁紧绳的另一端连接在绞盘上。

优选地，所述锁紧绳包括迪尼玛纤维绳。

根据本发明提供的一种一箭多星发射系统，还包括多个模块化卫星，多个所述模块化卫星依次设置在基座上，任一所述模块化卫星上均设置有压紧孔和锁紧孔；所述压紧绳依次穿设多个模块化卫星上的压紧孔，所述橡胶柱位于距离基座最远的模块化卫星背离基座的一侧，且所述橡胶柱的尺寸略大于压紧孔最小横截面的尺寸；所述锁紧孔包括第一通孔和第二通孔，所述第一通孔和第二通孔呈相邻设置，所述锁紧绳自其与绞盘的连接处向远离基座的方向依次穿设多个模块化卫星上的第一通孔，所述锁紧绳穿出距离基座最远的模块化卫星上的第一通孔的一端向靠近基座的方向依次穿设多个模块化卫星上的第二通孔，且所述锁紧绳处于张紧状态。

优选地，所述压紧孔的直径自上向下先逐渐减少再逐渐增大。

优选地，所述分离弹簧在基座和与之相邻的模块化卫星之间、两个呈相邻设置的模块化卫星之间均设置有一组或多组，且任一所述分离弹簧的伸缩方向均平行于压紧绳的长度方向。

优选地，所述模块化卫星的底部设置有体装太阳翼。

根据本发明提供的一种具有分离装置的一箭多星发射系统的分离方法，包括如下步骤：S1、运载将一箭多星发射系统送入预定轨道后，所述熔断式切割器快速加热并切断锁紧绳，之后所述回收组件将切断后的锁紧绳回收；S2、所述锁紧绳被回收之后，所述驱动件拉紧压紧绳，所述橡胶柱与压紧孔的内壁产生摩擦，从而使所述橡胶柱逐渐变形并穿过压紧孔释放模块化卫星，且所述橡胶柱穿过压紧孔的过程中分离弹簧被逐渐压缩；S3、所述模块化卫星释放后，位于其下方的所述分离弹簧复位并将模块化卫星推离基座；S4、交替进行步骤S2和S3，实现多颗模块化卫星的依次释放。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过锁紧绳将多个模块化卫星锁紧安装在基座上，并配合压紧绳、橡胶柱以及分离弹簧依次释放多个模块化卫星，从而有助于减小分离时对模块化卫星的冲击，进而有助于提高多颗模块化卫星入轨的稳定性，且成本低，操作简便，可靠性高；

2、本发明通过锁紧绳将多个模块化卫星锁紧安装在基座上，并通过熔断式切割器切断锁紧绳，实现对多个模块化卫星的解锁，从而有助于提高模块化卫星在基座上的安装数量，进而有助于最大限度地利用整流罩内的空间；

3、本发明通过双股锁紧绳锁紧模块化卫星，有助于提高对模块化卫星锁紧的可靠性，且通过回收组件将被切断的锁紧绳回收，有利于环保。

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为本发明主要体现分离装置正面整体结构的示意图；

图2为本发明主要体现分离装置背面整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现多个模块化卫星锁紧在基座上的整体结构示意图；

图4为本发明主要体现模块化卫星正面整体结构的示意图；

图5为本发明主要体现模块化卫星背面整体结构的示意图；

图6为本发明主要体现模块化卫星整体结构的透视示意图，且主要体现压紧孔和定位凸台的内部结构；

图7为本发明主要体现定位凸台上的锁紧孔的结构示意图。

图中所示：

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。

如图1所示，根据本发明提供的一种分离装置，包括基座1、基座1上安装有锁紧绳2、切断器以及释放组件4。

基座1的上表面呈圆环状，基座1的中部一体成型有横截面为圆形的凹陷，且基座1的侧壁为中空结构。基座1的上表面开设有呈相对设置的两个穿线孔11，两个穿线孔11均位于基座1上表面的边缘位置。且穿线孔11在基座1圆形凹陷的内壁上也开设有两个，两个位于基座1圆形凹陷内壁上的穿线孔11分别与两个位于基座1上表面的穿线孔11呈对应设置。基座1圆形凹陷内壁上还安装有回收组件5，回收组件5包括回收电机51和绞盘52，回收电机51的本体焊接固定安装在基座1圆形凹陷的内壁上，回收电机51的输出轴与绞盘52同轴固定连接。且回收组件5与基座1圆形凹陷内壁上的穿线孔11呈对应设置。

锁紧绳2为迪尼玛纤维绳，迪尼玛纤维绳具有低伸长率，使用过程中迪尼玛纤维绳的伸长率不超过3.5％，且迪尼玛纤维绳在使用过程中几乎没有反弹性，从而使锁紧绳2能够提供一定的张紧力来克服主动段的过载和振动环境。

迪尼玛纤维绳还具有良好的耐温性能，使用温度可在零下一百五十摄氏度至八十摄氏度之间，从而使锁紧绳2在空间高低温及真空环境下能够保持良好的强度和刚度。迪尼玛纤维绳还具有良好的耐光性。与芳纶纤维相比，迪尼玛纤维的断裂强度在长时间光照作用下依然有很高的保持率。且迪尼玛纤维绳在145℃～155℃之间熔化。

如图1所示，锁紧绳2与基座1上表面的两个穿线孔11呈一一对应设置，由于两组锁紧绳2的结构、安装方式以及与基座1和回收组件5二者的连接关系均相同，现以一组锁紧绳2为例进行阐述：锁紧绳2的一端固定安装在绞盘52上，锁紧绳2依次穿设位于基座1凹陷内壁和基座1上表面的穿线孔11，锁紧绳2穿出基座1上表面穿线孔11的一端向远离基座1的方向延伸一段距离，且锁紧绳2距离基座1的最远端向靠近基座1的方向延伸至基座1。锁紧绳2的另一端依次穿过位于基座1上表面和基座1凹陷内壁上的穿线孔11，且锁紧绳2的另一端固定安装在绞盘52上。从而实现了一个穿线孔11内穿设有两股锁紧绳2，当其中一股锁紧绳2断裂后，回收电机51启动带动绞盘52转动，从而将锁紧绳2回收在绞盘52上。

如图1和图2所示，基座1背离上表面的侧壁上开设有安装孔12，安装孔12与基座1上表面的穿线孔11呈一一对应设置。切断器为熔断式切割器3，熔断式切割器3在两个安装孔12内分别嵌设安装有一个，且两个熔断式切割器3的热刀分别与对应锁紧绳2的任意一股接触配合。切断作业时，先对熔断式切割器3的热刀加电，热刀开始快速升温并达到锁紧绳2的熔点，由于锁紧绳2在145℃～155℃之间熔化，提高了熔断式切割器3切断锁紧绳2的便捷性和速度。

如图1所示，释放组件4包括分离弹簧41、橡胶柱42以及压紧绳43，基座1圆形凹陷底壁的中部焊接固定安装有驱动件，驱动件为驱动电机13，压紧绳43的一端固定安装在驱动电机13的输出轴上，压紧绳43的另一端向远离基座1的方向延伸，且橡胶柱42固定安装在压紧绳43远离基座1的端部。驱动电机13启动，压紧绳43绕设在驱动电机13的输出轴上，从而实现了拉动压紧绳43。

分离弹簧41在基座1上表面的两个穿线孔11处分别固定安装有一个，两个分离弹簧41的轴线均平行于压紧绳43的长度方向，且任一分离弹簧41均允许锁紧绳2穿设并通过对应的穿线孔11。

如图3和图4所示，根据本发明提供的一种一箭多星发射系统，还包括多个模块化卫星6，多个模块化卫星6依次安装在基座1上，且任一模块化卫星6的外部轮廓均呈矩形。

模块化卫星6的中部一体成型有压紧孔61，压紧孔61竖直穿设模块化卫星6，压紧孔61横截面的面积自上向下先依次减少再依次增大，压紧孔61最小横截面的尺寸略小于橡胶柱42的尺寸，且压紧孔61允许压紧绳43穿过。

压紧绳43自下向上依次穿设多个模块化卫星6上的压紧孔61，橡胶柱42位于距离基座1最远的模块化卫星6背离基座1的一侧。驱动电机13向下拉动压紧绳43，橡胶柱42向下运动并与压紧孔61产生摩擦，由于橡胶柱42具有一定的弹性，橡胶柱42向下运动的过程中产生形变并恰好通过压紧孔61，从而实现模块化卫星6的释放。

模块化卫星6的边缘位置一体成型有定位凸台7，定位凸台7在模块化卫星6任意呈相对设置的两侧中部均一体成型有一个。多个模块化卫星6锁紧在基座1上时，任一位于上侧的模块化卫星6上的两个定位凸台7分别与位于下侧的模块化卫星6上的两个定位凸台7重叠。

如图4、图5和图6所示，任一定位凸台7的上侧均一体成型有凸起部71，凸起部71呈圆柱体，凸起部71的轴线平行于压紧孔61的轴线，且分离弹簧41在任一凸起部71分别同轴套设有一个。任一定位凸台7背离凸起部71的一侧均一体成型有凹陷部72，凹陷部72与凸起部71相适配，任一位于下侧的定位凸台7上的凸起部71和套设在凸起部71上的分离弹簧41二者均同轴嵌入位于其上侧的相邻的定位凸台7上的凹陷部72内。且位于基座1上的两个分离弹簧41分别嵌入与基座1相邻的模块化卫星6上的两个凹陷部72内。

压紧绳43向下运动时，带动橡胶柱42向下运动并与压紧孔61产生摩擦，从而使位于最上侧的模块化卫星6向下运动并压缩与之相邻的模块化卫星6或基座1上的两个分离弹簧41。当橡胶柱42通过位于最上侧的模块化卫星6的压紧孔61后，位于最上侧的模块化卫星6被释放，与之相邻的模块化卫星6或基座1上的两个分离弹簧41复位，从而将位于最上侧的模块化卫星6推出。

如图3、图4和图7所示，任一定位凸台7上还一体成型有锁紧孔8，锁紧孔8包括第一通孔81和第二通孔82，第一通孔81和第二通孔82呈相邻设置，且第一通孔81和第二通孔82均允许锁紧绳2通过。任一第一通孔81均穿设与之对应的定位凸台7、凸起部71以及凹陷部72，且任一第一通孔81的轴线均平行于与之对应的凸起部71的轴线；任一第二通孔82均穿设与之对应的定位凸台7、凸起部71以及凹陷部72，且任一第二通孔82的轴线均平行于与之对应的凸起部71的轴线。

多个模块化卫星6锁紧在基座1上时，任一位于上侧的定位凸台7上的第一通孔81均与位于下侧的定位凸台7上的第一通孔81重叠；任一位于上侧的定位凸台上的第二通孔82均与位于下侧的定位凸台7上的第二通孔82重叠。且与基座1相邻的模块化卫星6上的两个定位凸台7上的锁紧孔8分别与基座1上表面的两个穿线孔11重叠。

由于从两个位于基座1上表面的穿线孔11穿出的锁紧绳2的结构、安装方式以及与锁紧孔8的配合关系均相同，现以一组锁紧绳2为例进行说明：锁紧绳2自穿线孔11穿出并向远离基座1的方向依次穿设多个第一通孔81，锁紧绳2从位于最上侧的第一通孔81穿出的一端向靠近基座1的方向依次穿设多个第一通孔81并穿入穿线孔11，且锁紧绳2处于张紧状态，从而将多个模块化卫星6锁紧安装在基座1上。熔断式切割器3切断锁紧绳2即实现对多个模块化卫星6的解锁。

如图5所示，任一模块化卫星6的背部均固定安装有体装太阳翼9，体装太阳翼9根据模块化卫星6的功耗在模块化卫星的背部安装有多片，且多片体装太阳翼9将太阳能转化为电能，从而为模块化卫星6上的蓄电池进行持续充电。

根据本发明提供的一种具有分离装置的一箭多星发射系统的分离方法，包括如下步骤：

S1、运载将一箭多星发射系统送入预定轨道后，熔断式切割器3快速加热并切断锁紧绳2，之后回收电机51启动带动绞盘52转动，并将被切断后的锁紧绳2绕在绞盘52上，实现对锁紧绳2的回收。

S2、锁紧绳2被回收之后，驱动电机13拉紧压紧绳43，橡胶柱42与位于最上侧的模块化卫星6上的压紧孔61内壁产生摩擦，从而使橡胶柱42逐渐变形并穿过压紧孔61释放模块化卫星6，且橡胶柱42穿过压紧孔61的过程中，与最上侧模块化卫星6相邻的模块化卫星6或基座1上的分离弹簧41被逐渐压缩。

S3、模块化卫星6释放后，与之相邻的模块化卫星6或基座1上的分离弹簧41复位并将模块化卫星6向远离基座1的方向推离。

S4、交替进行步骤S2和S3，实现多颗模块化卫星6的依次释放。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

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)

1.一种分离装置，其特征在于，包括基座(1)，所述基座(1)上设置有锁紧绳(2)、切断器以及释放组件(4)，所述锁紧绳(2)用于锁紧多个模块化卫星(6)，所述切断器用于切断锁紧绳(2)，所述释放组件(4)用于依次释放模块化卫星(6)。

2.如权利要求1所述的一种分离装置，其特征在于，所述释放组件(4)包括分离弹簧(41)、橡胶柱(42)以及压紧绳(43)，所述分离弹簧(41)设置在基座(1)上并用于提供释放模块化卫星(6)的作用力，所述橡胶柱(42)紧固安装在压紧绳(43)的一端，所述压紧绳(43)的另一端安装在基座(1)上，且所述基座(1)上还设置有用于收紧压紧绳(43)的驱动件。

3.如权利要求1所述的一种分离装置，其特征在于，所述基座(1)上开设有安装孔(12)，所述切断器包括熔断式切割器(3)，所述熔断式切割器(3)嵌设在安装孔(12)内，且所述锁紧绳(2)锁紧多个模块化卫星(6)时，所述熔断式切割器(3)与锁紧绳(2)抵触配合。

4.如权利要求1所述的一种分离装置，其特征在于，所述基座(1)上还设置有回收组件(5)，所述回收组件(5)包括回收电机(51)和绞盘(52)，所述回收电机(51)紧固安装在基座(1)上，且所述回收电机(51)用于驱动绞盘(52)转动；

所述锁紧绳(2)的一端安装在绞盘(52)上，所述锁紧绳(2)自其与绞盘(52)的连接处向远离基座(1)的方向延伸一段距离，所述锁紧绳(2)距离基座(1)的最远端向靠近基座(1)的方向延伸至基座(1)，且所述锁紧绳(2)的另一端连接在绞盘(52)上。

5.如权利要求1所述的一种分离装置，其特征在于，所述锁紧绳(2)包括迪尼玛纤维绳。

6.一种一箭多星发射系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的一种分离装置，还包括多个模块化卫星(6)，多个所述模块化卫星(6)依次设置在基座(1)上，任一所述模块化卫星(6)上均设置有压紧孔(61)和锁紧孔(8)；

所述压紧绳(43)依次穿设多个模块化卫星(6)上的压紧孔(61)，所述橡胶柱(42)位于距离基座(1)最远的模块化卫星(6)背离基座(1)的一侧，且所述橡胶柱(42)的尺寸略大于压紧孔(61)最小横截面的尺寸；

所述锁紧孔(8)包括第一通孔(81)和第二通孔(82)，所述第一通孔(81)和第二通孔(82)呈相邻设置，所述锁紧绳(2)自其与绞盘(52)的连接处向远离基座(1)的方向依次穿设多个模块化卫星(6)上的第一通孔(81)，所述锁紧绳(2)穿出距离基座(1)最远的模块化卫星(6)上的第一通孔(81)的一端向靠近基座(1)的方向依次穿设多个模块化卫星(6)上的第二通孔(82)，且所述锁紧绳(2)处于张紧状态。

7.如权利要求6所述的一种一箭多星发射系统，其特征在于，所述压紧孔(61)的直径自上向下先逐渐减少再逐渐增大。

8.如权利要求6所述的一种一箭多星发射系统，其特征在于，所述分离弹簧(41)在基座(1)和与之相邻的模块化卫星(6)之间、两个呈相邻设置的模块化卫星(6)之间均设置有一组或多组，且任一所述分离弹簧(41)的伸缩方向均平行于压紧绳(43)的长度方向。

9.如权利要求6所述的一种一箭多星发射系统，其特征在于，所述模块化卫星(6)的底部设置有体装太阳翼(9)。

10.一种一箭多星发射系统的分离方法，其特征在于，采用权利要求6-9任一项所述的一箭多星发射系统，所述方法包括如下步骤：

S1、运载将一箭多星发射系统送入预定轨道后，所述熔断式切割器(3)快速加热并切断锁紧绳(2)，之后所述回收组件(5)将切断后的锁紧绳(2)回收；

S2、所述锁紧绳(2)被回收之后，所述驱动件拉紧压紧绳(43)，所述橡胶柱(42)与压紧孔(61)的内壁产生摩擦，从而使所述橡胶柱(42)逐渐变形并穿过压紧孔(61)释放模块化卫星(6)，且所述橡胶柱(42)穿过压紧孔(61)的过程中分离弹簧(41)被逐渐压缩；

S3、所述模块化卫星(6)释放后，位于其下方的所述分离弹簧(41)复位并将模块化卫星(6)推离基座(1)；

S4、交替进行步骤S2和S3，实现多颗模块化卫星(6)的依次释放。

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