CN116125626A - 一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，属于星载相机结构设计领域；包括主承力板、4个折叠支撑杆组件、次镜框、2个弹簧和4个拔销器；其中，主承力板水平放置；次镜框水平设置在主承力板的上方；4个折叠支撑杆组件沿周向均匀设置在主承力板和次镜框之间，实现连接主承力板和次镜框；2个弹簧中心对称在主承力板的上表面；4个拔销器沿周向均匀设置在主承力板的上表面；本发明通过在发射时将支撑结构收拢，使得星载相机的发射体积包络大幅缩小，整体上更加紧凑；入轨后支撑结构展开，满足相机成像光学系统对镜间距的要求。

Description

一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构

技术领域

本发明属于星载相机结构设计领域，涉及一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构。

背景技术

采用反射式光学系统的星载相机普遍具有相对较大的主次镜间距，通常在主镜与次镜之间设计一个次镜支撑结构，实现次镜相对主镜的定位。随着星载相机空间分辨率的不断提高，焦距不断加长，主镜与次镜的间距也相应增大，使得次镜支撑结构的尺寸规模随之变大。目前，星载相机的次镜支撑结构主要采用前镜筒+次镜支撑杆的形式，在定位安装次镜的同时起到遮光作用，形成主镜与次镜之间的光路空间。这种设计遵循星载相机从地面到太空始终保持同一个结构状态的原则，需要较大的发射体积包络，受到运载火箭整流罩尺寸的严格约束。另一方面，由于星载相机在满足发射状态包络尺寸和重量的双重约束的同时，还必须能够承受发射段力学环境、保证入轨后光学性能，较大的主次镜间距使得次镜支撑结构的动力学响应放大倍数通常较大，相机的次镜所处的力学环境变得恶劣，这造成了次镜设计与次镜支撑设计之间的某种矛盾。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，通过在发射时将支撑结构收拢，使得星载相机的发射体积包络大幅缩小，整体上更加紧凑；入轨后支撑结构展开，满足相机成像光学系统对镜间距的要求。

本发明解决技术的方案是：

一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，包括主承力板、4个折叠支撑杆组件、次镜框、2个弹簧和4个拔销器；其中，主承力板水平放置；次镜框水平设置在主承力板的上方；4个折叠支撑杆组件沿周向均匀设置在主承力板和次镜框之间，实现连接主承力板和次镜框；2个弹簧中心对称在主承力板的上表面；4个拔销器沿周向均匀设置在主承力板的上表面。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，所述主承力板和次镜框均为方形板状结构；4个折叠支撑杆组件的轴向底端连接在主承力板上表面的四个角处；折叠支撑杆组件的轴向顶端连接在次镜框下表面的四个角处；2个弹簧设置在主承力板上表面的对角位置；4个拔销器设置在主承力板上表面的四个角处。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，初始状态下，4个折叠支撑杆组件均处于折叠状态，次镜框随折叠支撑杆组件下移压缩2个弹簧；次镜框的下表面对应4个拔销器的位置设置有4个销孔；通过拔销器插入销孔中实现对次镜框的锁定，此时主承力板与次镜框处于收拢状态。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，当主承力板与次镜框处于收拢状态时，4个折叠支撑杆组件折叠后均水平置于主承力板上表面的4个边处；且4个折叠支撑杆组件逆时针朝向设置。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，当需要展开时，给4个拔销器通电，4个拔销器解除对次镜框4个销孔的锁定，在2个弹簧复位弹力的作用下，4个折叠支撑杆组件伸展至竖直状态，实现次镜框相对于主承力板的展开。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，所述折叠支撑杆组件包括下铰链、下支撑杆、上支撑杆、上铰链和关节；其中，下支撑杆的轴向顶端与上支撑杆的轴向底端通过关节对接；下支撑杆的轴向底端通过下铰链与主承力板旋转连接；上支撑杆的轴向顶端通过上铰链与次镜框旋转连接；下支撑杆与上支撑杆长度相同；通过关节实现下支撑杆和上支撑杆的对折折叠。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，所述下铰链和上铰链均为90°传动铰链；实现下支撑杆和上支撑杆的对折后，经下铰链和上铰链旋转，平行置于主承力板和次镜框之间。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，所述下铰链和上铰链上设置有展开驱动扭簧；当拔销器解除对次镜框的锁定后，弹簧仅对次镜框提供初始的复位弹力，通过展开驱动扭簧驱动下铰链和上铰链继续旋转，直至次镜框相对于主承力板完全展开。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，次镜框相对于主承力板完全展开后，展开驱动扭簧通过剩余扭矩实现保持次镜框和主承力板的展开状态。

在上述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，下支撑杆和上支撑杆上设置有加热器，通过精密控温对下支撑杆和上支撑杆长度的伸缩变化进行控制，实现对次镜框与主承力板之间间距的微调。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明实现星载相机次镜支撑结构在卫星发射时的折叠收拢，成倍压缩星载相机前光学的体积，只有传统次镜支撑结构形式的十分之一左右；

(2)本发明满足小口径星载相机次镜结构锁定的承载需求，并且解锁产生的冲击信号频率、量级相比火工品解锁冲击更小，不会威胁到相机次镜的安全和性能；

(3)本发明次镜框呈矩形外形，可以应用相对简单的折叠设计，使用热控多层包覆制作遮光结构，伴随次镜支撑结构同时展开，实现相机前光路的封闭，相比传统的前镜筒设计具有更轻的重量；

(4)本发明使用精密铰链保证展开后主次镜间距满足光学系统公差要求，同时通过折叠支撑杆精密热控实现主次镜间距的高精度微调，保证展开后相机光学性能达到设计指标。

附图说明

图1为本发明次镜支撑结构收拢状态示意图；

图2为本发明次镜支撑结构展开状态示意图。

附图标记：

1-主承力板；2-下铰链；3-下支撑杆；4-上支撑杆；5-上铰链；6-次镜框；7-弹簧；8-拔销器；9-关节。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，通过在发射时将支撑结构收拢，使得星载相机的发射体积包络大幅缩小，整体上更加紧凑；入轨后支撑结构展开，满足相机成像光学系统对镜间距的要求。

高精度可收拢展开次镜支撑结构，如图1、图2所示，主要包括主承力板1、4个折叠支撑杆组件、次镜框6、2个弹簧7和4个拔销器8；其中，主承力板1水平放置；次镜框6水平设置在主承力板1的上方；4个折叠支撑杆组件沿周向均匀设置在主承力板1和次镜框6之间，实现连接主承力板1和次镜框6；2个弹簧7中心对称在主承力板1的上表面；4个拔销器8沿周向均匀设置在主承力板1的上表面。主承力板1和次镜框6均为方形板状结构；4个折叠支撑杆组件的轴向底端连接在主承力板1上表面的四个角处；折叠支撑杆组件的轴向顶端连接在次镜框6下表面的四个角处；2个弹簧7设置在主承力板1上表面的对角位置；4个拔销器8设置在主承力板1上表面的四个角处。

如图1所示，初始状态下，4个折叠支撑杆组件均处于折叠状态，次镜框6随折叠支撑杆组件下移压缩2个弹簧7；次镜框6的下表面对应4个拔销器8的位置设置有4个销孔；通过拔销器8插入销孔中实现对次镜框6的锁定，此时主承力板1与次镜框6处于收拢状态。

当主承力板1与次镜框6处于收拢状态时，4个折叠支撑杆组件折叠后均水平置于主承力板1上表面的4个边处；且4个折叠支撑杆组件逆时针朝向设置。

如图2所示，当需要展开时，给4个拔销器8通电，4个拔销器8解除对次镜框64个销孔的锁定，在2个弹簧7复位弹力的作用下，4个折叠支撑杆组件伸展至竖直状态，实现次镜框6相对于主承力板1的展开。

折叠支撑杆组件包括下铰链2、下支撑杆3、上支撑杆4、上铰链5和关节9；其中，下支撑杆3的轴向顶端与上支撑杆4的轴向底端通过关节9对接；下支撑杆3的轴向底端通过下铰链2与主承力板1旋转连接；上支撑杆4的轴向顶端通过上铰链5与次镜框6旋转连接；下支撑杆3与上支撑杆4长度相同；通过关节9实现下支撑杆3和上支撑杆4的对折折叠。

其中，下铰链2和上铰链5均为90°传动铰链；实现下支撑杆3和上支撑杆4的对折后，经下铰链2和上铰链5旋转，平行置于主承力板1和次镜框6之间。下铰链2和上铰链5上设置有展开驱动扭簧；当拔销器8解除对次镜框6的锁定后，弹簧7仅对次镜框6提供初始的复位弹力，通过展开驱动扭簧驱动下铰链2和上铰链5继续旋转，直至次镜框6相对于主承力板1完全展开。次镜框6相对于主承力板1完全展开后，展开驱动扭簧通过剩余扭矩实现保持次镜框6和主承力板1的展开状态。

为了保证展开后主次镜间距能够满足光学系统的高精度要求，下支撑杆3和上支撑杆4上设置有加热器，通过精密控温对下支撑杆3和上支撑杆4长度的伸缩变化进行控制，实现对次镜框6与主承力板1之间间距的微调。

本发明中，次镜框6为次镜提供安装，同时与4个折叠支撑杆组件连接。每个折叠支撑杆组件包括下铰链2、下支撑杆3、上支撑杆4、上铰链5和关节9。上铰链5为90°转动铰链，连接次镜框6和上支撑杆4；下铰链2为90°转动铰链，连接下支撑杆3和相机主承力板1；上支撑杆4和下支撑杆3的连接处通过关节9构成90°转动铰链。2个铰链和关节(9)完成整个折叠支撑杆从发射收拢到入轨展开的动作。锁定机构采用记忆合金材料的拔销器8(商业现货产品)，分别通过次镜框的4个销孔，将次镜框及次镜进行锁定。2个展开弹簧组件安装在主承力板上，顶面顶在次镜框上，当整个次镜支撑结构处于收拢状态时，弹簧受到一定量的压缩。

在入轨后，记忆合金的拔销器8通电动作，次镜框6被释放，在2个弹簧7推动下产生速度、逐渐展开，展开过程中折叠支撑杆组件从折叠状态变为伸直状态。展开到位后，上铰链5和下铰链2将由转轴处销钉弹出锁定。

为了保证铰链能够可靠展开，并且展开后能够锁定、不再转动，在星载相机整个在轨寿命期中保持次镜支撑结构的完全展开，下铰链2和上铰链5上还包括展开驱动扭簧。在整个次镜支撑结构展开后，展开驱动扭簧仍有足够剩余扭矩来保持铰链的状态。

为了保证展开后主次镜间距能够满足光学系统的高精度要求，下支撑杆3、上支撑杆4上可根据热控设计分析的需要设置加热器，通过精密控温实现支撑杆长度的伸缩变化，达到对镜间距的微调目的。

本发明实现星载相机次镜支撑结构在卫星发射时的折叠收拢，成倍压缩星载相机前光学的体积，只有传统次镜支撑结构形式的十分之一左右。且满足了小口径星载相机次镜结构锁定的承载需求，并且解锁产生的冲击信号频率、量级相比火工品解锁冲击更小，不会威胁到相机次镜的安全和性能。

此外，优选的本发明次镜框呈矩形外形，可以应用相对简单的折叠设计，使用热控多层包覆制作遮光结构，伴随次镜支撑结构同时展开，实现相机前光路的封闭。相比传统的前镜筒设计具有更轻的重量。

本发明使用精密铰链保证展开后主次镜间距满足光学系统公差要求，同时通过折叠支撑杆精密热控实现主次镜间距的高精度微调，保证展开后相机光学性能达到设计指标。

本发明突破星载相机主次镜间结构尺寸长、体积大、欠紧凑的不足，提供一种能够发射时收拢、入轨后展开的星载相机次镜支撑结构。通过这种支撑结构，减小星载相机发射状态的体积，节省主镜-次镜间结构的重量，实现非火工低冲击展开、保证光学元件安全，同时满足展开后的主次镜间距高精度要求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：包括主承力板(1)、4个折叠支撑杆组件、次镜框(6)、2个弹簧(7)和4个拔销器(8)；其中，主承力板(1)水平放置；次镜框(6)水平设置在主承力板(1)的上方；4个折叠支撑杆组件沿周向均匀设置在主承力板(1)和次镜框(6)之间，实现连接主承力板(1)和次镜框(6)；2个弹簧(7)中心对称在主承力板(1)的上表面；4个拔销器(8)沿周向均匀设置在主承力板(1)的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：所述主承力板(1)和次镜框(6)均为方形板状结构；4个折叠支撑杆组件的轴向底端连接在主承力板(1)上表面的四个角处；折叠支撑杆组件的轴向顶端连接在次镜框(6)下表面的四个角处；2个弹簧(7)设置在主承力板(1)上表面的对角位置；4个拔销器(8)设置在主承力板(1)上表面的四个角处。

3.根据权利要求1所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：初始状态下，4个折叠支撑杆组件均处于折叠状态，次镜框(6)随折叠支撑杆组件下移压缩2个弹簧(7)；次镜框(6)的下表面对应4个拔销器(8)的位置设置有4个销孔；通过拔销器(8)插入销孔中实现对次镜框(6)的锁定，此时主承力板(1)与次镜框(6)处于收拢状态。

4.根据权利要求3所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：当主承力板(1)与次镜框(6)处于收拢状态时，4个折叠支撑杆组件折叠后均水平置于主承力板(1)上表面的4个边处；且4个折叠支撑杆组件逆时针朝向设置。

5.根据权利要求3所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：当需要展开时，给4个拔销器(8)通电，4个拔销器(8)解除对次镜框(6)4个销孔的锁定，在2个弹簧(7)复位弹力的作用下，4个折叠支撑杆组件伸展至竖直状态，实现次镜框(6)相对于主承力板(1)的展开。

6.根据权利要求5所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：所述折叠支撑杆组件包括下铰链(2)、下支撑杆(3)、上支撑杆(4)、上铰链(5)和关节(9)；其中，下支撑杆(3)的轴向顶端与上支撑杆(4)的轴向底端通过关节(9)对接；下支撑杆(3)的轴向底端通过下铰链(2)与主承力板(1)旋转连接；上支撑杆(4)的轴向顶端通过上铰链(5)与次镜框(6)旋转连接；下支撑杆(3)与上支撑杆(4)长度相同；通过关节(9)实现下支撑杆(3)和上支撑杆(4)的对折折叠。

7.根据权利要求6所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：所述下铰链(2)和上铰链(5)均为90°传动铰链；实现下支撑杆(3)和上支撑杆(4)的对折后，经下铰链(2)和上铰链(5)旋转，平行置于主承力板(1)和次镜框(6)之间。

8.根据权利要求6所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：所述下铰链(2)和上铰链(5)上设置有展开驱动扭簧；当拔销器(8)解除对次镜框(6)的锁定后，弹簧(7)仅对次镜框(6)提供初始的复位弹力，通过展开驱动扭簧驱动下铰链(2)和上铰链(5)继续旋转，直至次镜框(6)相对于主承力板(1)完全展开。

9.根据权利要求8所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：次镜框(6)相对于主承力板(1)完全展开后，展开驱动扭簧通过剩余扭矩实现保持次镜框(6)和主承力板(1)的展开状态。

10.根据权利要求6所述的一种星载相机的高精度可收拢展开次镜支撑结构，其特征在于：下支撑杆(3)和上支撑杆(4)上设置有加热器，通过精密控温对下支撑杆(3)和上支撑杆(4)长度的伸缩变化进行控制，实现对次镜框(6)与主承力板(1)之间间距的微调。

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