CN114379825A - 小型高轨卫星公用平台推进系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型高轨卫星公用平台推进系统，包括：2个化学推进燃料贮箱，分别放置于平台舱的容置空间的+X+Y象限和‑X‑Y象限；2个化学推进气瓶，分别与2个化学推进燃料贮箱位于同一区域；2个化学推进氧化剂贮箱，分别放置于所述容置空间的+X‑Y象限和‑X+Y象限；2组化学推力器，一组包括1套变轨化学推力器与2套姿控化学推力器，于+X侧与‑X侧的底板舱外侧表面分别布置；2个电推进贮箱，布局于所述容置空间的X轴线上，且相对于Y轴对称布局；电推进气路组件，安装于底板舱内侧的中心位置；2套电推力器，并排布置组成一组，于+Y侧与‑Y侧的底板舱外侧表面分别布置一组。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种小型高轨卫星公用平台推进系统。
背景技术
卫星同时具备化学推进和电推进功能将较大程度上提升了卫星的可靠性和适应多类型任务的灵活性，是高可靠、长寿命卫星的核心技术之一。
国内外高轨通信卫星平台中超过50％均采用了混合推进系统，即同时配置了化学推进和电推进，如洛克希德马丁公司的A2100平台、波音公司BSS-702MP/HP平台、泰雷兹的AlphaBus平台、中国东方红公司的DFH-4/DFH-5平台等，混合推进系统代表了国内外高轨通信卫星平台的主要推进技术路线。而上述国内外卫星平台均为大型高轨卫星平台，拥有宽裕的布局空间和承载裕度，而较之具备较大经济优势的小型高轨卫星公用平台，其混合推进舱的组成与布局面临着如何在空间紧凑的条件下设计以保证低成本、低质心和传力特性高效的难题。
因此，在技术和经济的双重驱动下，开展小型高轨卫星公用平台混合推进舱的组成与布局研究，为小型高轨卫星公用平台解决了柔性化配置、高性价比与高可靠性兼顾的难题，显得十分必要和迫切。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型高轨卫星公用平台推进系统，以解决如何在空间紧凑的条件下设计小型高轨卫星公用平台混合推进舱布局的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种小型高轨卫星公用平台推进系统，包括：
2个化学推进燃料贮箱，分别放置于平台舱的容置空间的+X+Y象限和-X-Y象限；
2个化学推进气瓶，分别与2个化学推进燃料贮箱位于同一区域；
2个化学推进氧化剂贮箱，分别放置于所述容置空间的+X-Y象限和-X+Y象限；
2组化学推力器，一组包括1套变轨化学推力器与2套姿控化学推力器，于+X侧与-X侧的底板舱外侧表面分别布置；
2个电推进贮箱，布局于所述容置空间的X轴线上，且相对于Y轴对称布局；
电推进气路组件，安装于底板舱内侧的中心位置；
2套电推力器，并排布置组成一组，于+Y侧与-Y侧的底板舱外侧表面分别布置一组。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，还包括：
平台舱主承力结构，被配置为提供容置空间，其中所述平台舱主承力结构包括星箭连接环；
其中2个化学推进燃料贮箱、2个化学推进氧化剂贮箱和2个电推进贮箱直接落载于所述星箭连接环上；以及
电推进气路组件和2个化学推进气瓶的载荷通过所述平台舱主承力结构传递至所述星箭连接环上。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，所述平台舱主承力结构还包括主承力桁架组件、+X侧板、-X侧板、+Y侧板、-Y侧板及底板，其中：
所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板及所述底板组成所述容置空间；
所述主承力桁架组件位于所述容置空间内，以将所述容置空间分为多个区域；
所述主承力桁架组件支撑所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板及所述底板，并将所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板的载荷传递至所述底板上；
2个化学推进燃料贮箱、2个化学推进氧化剂贮箱、2个电推进贮箱、电推进气路组件和2个化学推进气瓶的轴线均垂直于所述底板。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，所述星箭连接环与所述底板一体化成型，星箭连接环的舱内部分与底板的舱内侧表面齐平，星箭连接环的舱外部分突出于底板的舱外侧表面，并与运载连接；
所述主承力桁架组件为蜂窝夹层板包覆的碳纤维桁架杆件，所述主承力桁架组件与所述星箭连接环的舱内部分直接连接；
各个侧板、电推进气路组件和2个化学推进气瓶的载荷通过所述主承力桁架组件和/或所述底板传递至所述星箭连接环。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，所述主承力桁架组件包括顶架结构、与顶架结构一体成型的多个内部隔板，其中：
所述顶架结构为正四边形的框架，且四个边分别连接所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板及所述-Y侧板，形成所述容置空间；
所述内部隔板为外轮廓为正四边形的薄板，垂直于所述顶架结构，且所述内部隔板相交于所述容置空间的中心点，以将所述容置空间隔成多个区域；
所述内部隔板靠近所述容置空间中心点的底边具有缺口，以避免干涉所述电推进气路组件和2个化学推进气瓶。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，
2个化学推进燃料贮箱几何中心连线与2个化学推进氧化剂贮箱几何中心连线的交点与所述容置空间的中心点在所述底板面内重合；
2个电推进贮箱布局于X轴线上时，分别靠近所述+X侧板和所述-X侧板；
2个化学推进气瓶分别放置于所述容置空间的+X+Y象限和-X-Y象限，2个化学推进气瓶直接紧固在所述主承力桁架组件上。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，还包括平台舱南北扩展结构，其中：
所述平台舱南北扩展结构包括+Y扩展侧板、-Y扩展侧板、+Y+X扩展侧板、+Y-X扩展侧板、-Y+X扩展侧板、-Y-X扩展侧板、+Y扩展盖板及-Y扩展盖板；
所述平台舱南北扩展结构与所述底板形成封闭结构，该结构内侧布局混合推进舱的各类电单机和组件。
可选的，在所述的小型高轨卫星公用平台推进系统中，所述平台舱主承力结构还包括4组化学推进贮箱支撑杆及2组电推进贮箱支撑杆，其中：
4组化学推进贮箱支撑杆沿Y轴呈“8”字形布置，分别将所述化学推进燃料贮箱及所述化学推进氧化剂贮箱连接于所述主承力桁架组件；
2组电推进贮箱支撑杆分别将所述电推进贮箱连接于所述主承力桁架组件。
在本发明提供的小型高轨卫星公用平台推进系统中，公开基于小型高轨卫星公用平台混合推进舱的组成与布局，通过2个化学推进燃料贮箱和2个化学推进气瓶分别放置于平台舱的容置空间的+X+Y象限和-X-Y象限，2个化学推进氧化剂贮箱分别放置于所述容置空间的+X-Y象限和-X+Y象限，2组化学推力器于+X侧与-X侧的底板舱外侧表面分别布置，2个电推进贮箱布局于所述容置空间的X轴线上，且相对于Y轴对称布局，电推进气路组件，安装于底板舱内侧的中心位置，2套电推力器，并排布置组成一组，于+Y侧与-Y侧的底板舱外侧表面分别布置一组，实现了在空间紧凑的条件下进行设计并保证了低成本、低质心和传力特性高效，进一步的实现了卫星构型布局合理、传力特性高效、高承载比、高比刚度和高比强度的同时，为小型高轨卫星公用平台解决了柔性化配置、高性价比与高可靠性兼顾的难题。
在本发明提供的小型高轨卫星公用平台推进系统中，通过平台舱主承力结构提供容置空间，多个贮箱(包括2个化学推进燃料贮箱、2个化学推进氧化剂贮箱和2个电推进贮箱)布置于所述容置空间中且直接落载于所述星箭连接环上，气路组件(包括电推进气路组件和2个化学推进气瓶)布置于所述容置空间中且载荷通过所述平台舱主承力结构传递至所述星箭连接环上，实现了小型高轨卫星公用平台混合推进舱的组成与布局具有空间紧凑、低成本、低质心、传力特性高效等优点，使小型高轨卫星公用平台具备高承载比、高比刚度、高比强度、高可靠性和适应多类型任务的灵活性等优点，为小型高轨卫星公用平台解决了柔性化配置、高性价比与高可靠性兼顾的难题。
附图说明
图1是本发明一实施例的小型高轨卫星公用平台推进系统的俯视坐标系示意图；
图2是本发明一实施例的小型高轨卫星公用平台推进系统的仰视坐标系示意图；
图3是本发明一实施例的小型高轨卫星公用平台推进系统的侧视坐标系示意图；
图4是本发明一实施例的平台舱主承力结构的侧视坐标系示意图；
图5是本发明一实施例的平台舱主承力结构与贮箱的侧视坐标系示意图；
图6是本发明一实施例的主承力桁架组件的侧视坐标系示意图；
图中所示：1-平台舱主承力结构、2-平台舱南北扩展结构、3-化学推进燃料贮箱、4-化学推进氧化剂贮箱、5-电推进贮箱、6-电推进气路组件、7-变轨化学推力器、8-姿控化学推力器、9-电推力器、10-化学推进气瓶、11-主承力桁架组件、12-星箭连接环、13-+X侧板、14--X侧板、15-+Y侧板、16--Y侧板、17-底板、18-化学推进贮箱支撑杆、19-电推进贮箱支撑杆、20-+Y扩展侧板、21--Y扩展侧板、22-+Y+X扩展侧板、23-+Y-X扩展侧板、24--Y+X扩展侧板、25--Y-X扩展侧板、26-+Y扩展盖板、27--Y扩展盖板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的小型高轨卫星公用平台推进系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种小型高轨卫星公用平台推进系统，以解决如何在空间紧凑的条件下设计小型高轨卫星公用平台混合推进舱布局的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种小型高轨卫星公用平台推进系统，包括：平台舱主承力结构，被配置为提供容置空间，其中所述平台舱主承力结构包括星箭连接环；多个贮箱，被布置于所述容置空间中，且直接落载于所述星箭连接环上；气路组件，在所述容置空间中被布置为使得所述气路组件的载荷通过所述平台舱主承力结构传递至所述星箭连接环上。
其中“落载”解释为，其多个贮箱的载荷落于所述星箭连接环上。
本实施例所提供的卫星公用平台主结构组成如图1所示，包含平台舱主承力结构(1)、平台舱南北扩展结构(2)、化学推进燃料贮箱(3)、化学推进氧化剂贮箱(4)、电推进贮箱(5)、电推进气路组件(6)、变轨化学推力器(7)、姿控化学推力器(8)、电推力器(9)、化学推进气瓶(10)组成。平台舱主承力结构(1)包括主承力桁架组件(11)、星箭连接环(12)、+X侧板(13)、-X侧板(14)、+Y侧板(15)、-Y侧板(16)、底板(17)、化学推进贮箱支撑杆(18)和电推进贮箱支撑杆(19)。
本实施例所提供的4组化学推进贮箱支撑杆(18)沿南北向呈8字形布置，将4个化学推进燃料贮箱(3)、化学推进氧化剂贮箱(4)连接于主承力桁架组件(11)；2组电推进贮箱支撑杆(19)分别将2个电推进贮箱(5)连接于主承力桁架组件(11)；2个化学推进气瓶(10)直接紧固在主承力桁架组件(11)上。
本实施例所提供的1套变轨化学推力器(7)与2套姿控化学推力器(8)组成一组，于卫星+X侧与-X侧的底板(17)舱外面分别布置一组；2套电推力器(9)并排布置组成一组，于卫星+Y侧与-Y侧的底板(17)舱外面分别布置一组。
本实施例所提供的2个化学推进燃料贮箱(3)分别布局于+X+Y象限和-X-Y象限，2个化学推进氧化剂贮箱(4)分别布局于+X-Y象限和-X+Y象限；4个贮箱相对于布局坐标系X轴和Y轴对称，即2个化学推进燃料贮箱(3)几何中心连线与2个化学推进氧化剂贮箱(4)几何中心连线的交点与布局坐标系原点O在XOY面内重合；2个化学推进气瓶(10)分别布局于+X+Y象限和-X-Y象限，分别与2个化学推进燃料贮箱(3)位于同一区域；2个电推进贮箱(5)布局于X轴线上，分别靠近+X侧板(13)和-X侧板(14)且相对于Y轴对称布局。所有贮箱、气瓶的轴线均垂直于XOY面。
本实施例所提供的平台舱南北扩展结构(2)包括+Y扩展侧板(20)、-Y扩展侧板(21)、+Y+X扩展侧板(22)、+Y-X扩展侧板(23)、-Y+X扩展侧板(24)、-Y-X扩展侧板(25)、+Y扩展盖板(26)、-Y扩展盖板(27)，平台舱南北扩展结构(2)与底板(17)形成封闭结构，该结构内侧布局混合推进舱的各类电单机和组件。
本实施例以所有贮箱气瓶平铺设计思路，在空间紧凑的条件下提供了低成本、低质心和传力特性高效的设计，为小型高轨卫星公用平台解决了柔性化配置、高性价比与高可靠性兼顾的难题。
在本发明的一个实施例中，星箭连接环(12)与底板(17)一体化成型，其舱内部分与底板(17)舱内侧表面齐平，其舱外部分突出底板(17)与运载连接；主承力桁架组件(11)利用蜂窝夹层板包覆碳纤维桁架杆件进行加强，与星箭连接环(12)舱内部分直接连接；各侧板和底板(17)的载荷通过主承力桁架组件(11)和底板(17)传递至星箭连接环(12)，其中化学推进燃料贮箱(3)、化学推进氧化剂贮箱(4)、电推进贮箱(5)直接落载于星箭连接环(12)，电推进气路组件(6)安装于底板(17)舱内侧。
在本发明的一个实施例中，4组化学推进贮箱支撑杆(18)沿南北向呈8字形布置，将4个化学推进燃料贮箱(3)、化学推进氧化剂贮箱(4)连接于主承力桁架组件(11)；2组电推进贮箱支撑杆(19)分别将2个电推进贮箱(5)连接于主承力桁架组件(11)；2个化学推进气瓶(10)直接紧固在主承力桁架组件(11)上。
在本发明的一个实施例中，1套变轨化学推力器(7)与2套姿控化学推力器(8)组成一组，于卫星+X侧与-X侧的底板(17)舱外面分别布置一组；2套电推力器(9)并排布置组成一组，于卫星+Y侧与-Y侧的底板(17)舱外面分别布置一组。
在本发明的一个实施例中，2个化学推进燃料贮箱(3)分别布局于+X+Y象限和-X-Y象限，2个化学推进氧化剂贮箱(4)分别布局于+X-Y象限和-X+Y象限；4个贮箱相对于布局坐标系X轴和Y轴对称，即2个化学推进燃料贮箱(3)几何中心连线与2个化学推进氧化剂贮箱(4)几何中心连线的交点与布局坐标系原点O在XOY面内重合；2个化学推进气瓶(10)分别布局于+X+Y象限和-X-Y象限，分别与2个化学推进燃料贮箱(3)位于同一区域；2个电推进贮箱(5)布局于X轴线上，分别靠近+X侧板(13)和-X侧板(14)且相对于Y轴对称布局。所有贮箱、气瓶的轴线均垂直于XOY面。
在本发明的一个实施例中，平台舱南北扩展结构(2)包括+Y扩展侧板(20)、-Y扩展侧板(21)、+Y+X扩展侧板(22)、+Y-X扩展侧板(23)、-Y+X扩展侧板(24)、-Y-X扩展侧板(25)、+Y扩展盖板(26)、-Y扩展盖板(27)，平台舱南北扩展结构(2)与底板(17)形成封闭结构，该结构内侧布局混合推进舱的各类电单机和组件。
综上，上述实施例对小型高轨卫星公用平台推进系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，包括：
2个化学推进燃料贮箱，分别放置于平台舱的容置空间的+X+Y象限和-X-Y象限；
2个化学推进气瓶，分别与2个化学推进燃料贮箱位于同一区域；
2个化学推进氧化剂贮箱，分别放置于所述容置空间的+X-Y象限和-X+Y象限；
2组化学推力器，一组包括1套变轨化学推力器与2套姿控化学推力器，于+X侧与-X侧的底板舱外侧表面分别布置；
2个电推进贮箱，布局于所述容置空间的X轴线上，且相对于Y轴对称布局；
电推进气路组件，安装于底板舱内侧的中心位置；
2套电推力器，并排布置组成一组，于+Y侧与-Y侧的底板舱外侧表面分别布置一组。
2.如权利要求1所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，还包括：
平台舱主承力结构，被配置为提供容置空间，其中所述平台舱主承力结构包括星箭连接环；
其中2个化学推进燃料贮箱、2个化学推进氧化剂贮箱和2个电推进贮箱直接落载于所述星箭连接环上；以及
电推进气路组件和2个化学推进气瓶的载荷通过所述平台舱主承力结构传递至所述星箭连接环上。
3.如权利要求2所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，所述平台舱主承力结构还包括主承力桁架组件、+X侧板、-X侧板、+Y侧板、-Y侧板及底板，其中：
所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板及所述底板组成所述容置空间；
所述主承力桁架组件位于所述容置空间内，以将所述容置空间分为多个区域；
所述主承力桁架组件支撑所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板及所述底板，并将所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板、所述-Y侧板的载荷传递至所述底板上；
2个化学推进燃料贮箱、2个化学推进氧化剂贮箱、2个电推进贮箱、电推进气路组件和2个化学推进气瓶的轴线均垂直于所述底板。
4.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，所述星箭连接环与所述底板一体化成型，星箭连接环的舱内部分与底板的舱内侧表面齐平，星箭连接环的舱外部分突出于底板的舱外侧表面，并与运载连接；
所述主承力桁架组件为蜂窝夹层板包覆的碳纤维桁架杆件，所述主承力桁架组件与所述星箭连接环的舱内部分直接连接；
各个侧板、电推进气路组件和2个化学推进气瓶的载荷通过所述主承力桁架组件和/或所述底板传递至所述星箭连接环。
5.如权利要求4所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，所述主承力桁架组件包括顶架结构、与顶架结构一体成型的多个内部隔板，其中：
所述顶架结构为正四边形的框架，且四个边分别连接所述+X侧板、所述-X侧板、所述+Y侧板及所述-Y侧板，形成所述容置空间；
所述内部隔板为外轮廓为正四边形的薄板，垂直于所述顶架结构，且所述内部隔板相交于所述容置空间的中心点，以将所述容置空间隔成多个区域；
所述内部隔板靠近所述容置空间中心点的底边具有缺口，以避免干涉所述电推进气路组件和2个化学推进气瓶。
6.如权利要求5所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，
2个化学推进燃料贮箱几何中心连线与2个化学推进氧化剂贮箱几何中心连线的交点与所述容置空间的中心点在所述底板面内重合；
2个电推进贮箱布局于X轴线上时，分别靠近所述+X侧板和所述-X侧板；
2个化学推进气瓶分别放置于所述容置空间的+X+Y象限和-X-Y象限，2个化学推进气瓶直接紧固在所述主承力桁架组件上。
7.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，还包括平台舱南北扩展结构，其中：
所述平台舱南北扩展结构包括+Y扩展侧板、-Y扩展侧板、+Y+X扩展侧板、+Y-X扩展侧板、-Y+X扩展侧板、-Y-X扩展侧板、+Y扩展盖板及-Y扩展盖板；
所述平台舱南北扩展结构与所述底板形成封闭结构，该结构内侧布局混合推进舱的各类电单机和组件。
8.如权利要求3所述的小型高轨卫星公用平台推进系统，其特征在于，所述平台舱主承力结构还包括4组化学推进贮箱支撑杆及2组电推进贮箱支撑杆，其中：
4组化学推进贮箱支撑杆沿Y轴呈“8”字形布置，分别将所述化学推进燃料贮箱及所述化学推进氧化剂贮箱连接于所述主承力桁架组件；
2组电推进贮箱支撑杆分别将所述电推进贮箱连接于所述主承力桁架组件。
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