CN116513486A - 一种卫星 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种卫星，包括五棱柱本体和设于五棱柱本体上、可收拢和展开的帆板，五棱柱本体包括对接板，以使将对接板安装于发射装置的弧形安装面时，五棱柱本体、收拢状态的帆板及弧形安装面三者在垂直于对接板的平面上的投影包络线呈扇环。如此一来，帆板处于收拢状态下，卫星安装在发射装置上时，卫星与弧形安装面的横向包络区域呈扇环，扇环占据了发射装置外围的局部安装空间，这样能够满足一箭多星的发射条件，从而降低卫星的发射成本。

Description

一种卫星

技术领域

本申请涉及航天器技术领域，特别涉及一种卫星。

背景技术

目前，随着卫星在民生需求和军事任务中承担的任务越来越重要，并结合成本以及收益的考虑，用户对卫星总体设计提出了多样化、多功能、大覆盖、快速机动、低成本、高效率等要求。

现有技术中，对于对地观测和对天导航的卫星，用户希望以最低成本配置实现发射，而不影响卫星正常的供电、遥控遥测等其他功能。然而，当前的对地观测和对天导航的卫星，因结构所限，导致其发射成本难以降低。因此，本领域技术人员有必要适时提供一种能够降低发射成本的卫星。

发明内容

本申请的目的是提供一种卫星，能够降低发射成本。

为实现上述目的，本申请提供一种卫星，包括五棱柱本体和设于所述五棱柱本体上、可收拢和展开的帆板，所述五棱柱本体包括对接板，以使将所述对接板安装于发射装置的弧形安装面时，所述五棱柱本体、收拢状态的所述帆板及所述弧形安装面三者在垂直于所述对接板的平面上的投影包络线呈扇环。

在一些实施例中，五棱柱本体上设有主对地面、一组副对地面和一组对天面，一组副对地面设于主对地面的两侧，一组对天面与一组副对地面分别相对设置；

主对地面上安装有对地观测载荷，以执行对地的预设操作；

一组副对地面上均安装有第一通信设备，以实现对地通信，五棱柱本体上安装有位于一组对天面内侧的第二通信设备，第二通信设备与第一通信设备形成全空间覆盖；

一组对天面上均安装有对天导航设备，以实现对天导航。

在一些实施例中，五棱柱本体还包括载荷安装板、一组通信设备安装板、对接板、帆板安装板及一对盖板，载荷安装板、一组通信设备安装板、对接板、帆板安装板及一对盖板形成内腔封闭的五棱柱本体；

其中，主对地面设于载荷安装板，一组副对地面分别设于一组通信设备安装板，一组对天面分别设于对接板和帆板安装板。

在一些实施例中，五棱柱本体还包括隔板组件，隔板组件设于内腔，以支撑载荷安装板及对地观测载荷。

在一些实施例中，隔板组件包括若干等间距设置的隔板，若干隔板在五棱柱本体内将内腔分隔成若干舱体，任一舱体内设有斜装飞轮，以调整五棱柱本体的姿态。

在一些实施例中，对地观测载荷为成像设备，第一通信设备和第二通信设备均包括测控发射天线和测控接收天线，对天导航设备包括导航天线。

在一些实施例中，盖板设置推力器，推力器用于调整五棱柱本体的运行轨道。

在一些实施例中，帆板与五棱柱本体连接的一端具有至少两个旋转自由度，使帆板相对于五棱柱本体转动。

在一些实施例中，帆板的一端通过第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构可转动地连接在五棱柱本体上，帆板的一端连接于第一旋转驱动机构的一端，第一旋转驱动机构驱动帆板绕第一轴线旋转，第一旋转驱动机构的另一端连接在第二旋转驱动机构上，第二旋转驱动机构固定于五棱柱本体，第二旋转驱动机构驱动帆板绕第二轴线旋转。

在一些实施例中，扇环的圆心角为90°，且当对接板安装于弧形安装面时，五棱柱本体和收拢状态的帆板二者的两侧均设有预设尺寸的安全间隙。

相对于上述背景技术，本申请实施例设置的卫星，包括五棱柱本体和可收拢和展开的帆板，帆板设于五棱柱本体上，可以看出，卫星主体采用五棱柱结构，同时，五棱柱本体包括对接板，当对接板安装于发射装置的弧形安装面时，五棱柱本体、收拢状态的帆板及弧形安装面三者在垂直于对接板的平面上的投影包络线呈扇环。如此一来，帆板处于收拢状态下，卫星安装在发射装置上时，卫星与弧形安装面的横向包络区域呈扇环，扇环占据了发射装置外围的局部安装空间，这样能够满足一箭多星的发射条件，从而降低卫星的发射成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中卫星发射包络角度示意图；

图2为本申请实施例中卫星的整体结构示意图；

图3为图2所示卫星另一角度的结构示意图；

图4为图2所示卫星的内部结构示意图；

图5为图2所示卫星中帆板展开示意图；

图6为图2所示卫星处于第一对地观测姿态的示意图；

图7为图2所示卫星处于第二对地观测姿态的示意图；

图8为图2所示卫星处于第三对地观测姿态的示意图。

其中：

100-五棱柱本体；

101-载荷安装板、102-通信设备安装板、103-对接板、104-帆板安装板、105-盖板、106-隔板；

110-主对地面、111-对地观测载荷、120-第一副对地面、121-第一对地测控发射天线、122-第一对地测控接收天线、123-第一数传天线、130-第二副对地面、131-第二对地测控发射天线、132-第二对地测控接收天线、133-第二数传天线、140-第一对天面、141-第一导航天线、150-第二对天面、151-第二导航天线、161-对天测控发射天线、162-对天测控接收天线、171-斜装飞轮、172-推力器、173-三轴太敏、180-帆板、181-第一旋转驱动机构、182-第二旋转驱动机构；

200-扇环、201-第一投影包络线、202-第二投影包络线、203-第三投影包络线、204-第四投影包络线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参阅说明书附图1，本申请实施例设置的卫星，包括五棱柱本体100，五棱柱本体100上设有可收拢和展开的帆板180，其中，帆板180可为太阳能帆板180，展开后的帆板180的作用是收集太阳能，以给卫星供能。

可以看出，卫星主体采用五棱柱结构，同时，五棱柱本体100包括对接板103，当对接板103安装于发射装置(一般为运载火箭)的弧形安装面时，五棱柱本体100、收拢状态的帆板180及弧形安装面三者在垂直于对接板103的平面上的投影包络线呈扇环200。

需要说明的是，扇环200的轮廓线包括弧形安装面在垂直于对接板103的平面上的第一投影包络线201、收拢状态的帆板180在垂直于对接板103的平面上的第二投影包络线202、五棱柱本体100远离帆板180一侧在垂直于对接板103的平面上的第三投影包络线203以及卫星背离弧形安装面一侧在垂直于对接板103的平面上的第四投影包络线204。

如此一来，帆板180处于收拢状态下，卫星安装在发射装置上时，卫星与弧形安装面的横向包络区域呈扇环200，扇环200占据了发射装置外围的局部安装空间，这样能够满足一箭多星的发射条件，从而降低卫星的发射成本。

在一些实施例中，扇环的圆心角为90°，且当对接板103安装于弧形安装面时，五棱柱本体100和收拢状态的帆板180二者的两侧均设有预设尺寸的安全间隙。该预设尺寸优选为100mm。

也就是说，卫星安装于发射装置后，卫星占据了发射装置外围360°空间中的90°的扇形空间，并在卫星两侧预留了100mm的安全间隙。如此一来，能够满足一箭四星的发射尺寸条件，从而将发射成本降低到了整发运载火箭的1/4。

在本实施例中，该卫星为对地观测和对天导航的卫星，当前用户希望以最低成本配置实现对地大范围的观测效果，而不影响卫星正常的供电、遥控遥测等其他功能。然而，当前的对地观测和对天导航的卫星，往往只能以一种姿态进行对地观测，导致卫星姿态调整后对地通信和对天导航受到一定程度的影响。因此，本领域技术人员有必要适时提供一种能够实现多个对地观测姿态下的对地通信和对天导航的卫星。

请参阅说明书附图2和说明书附图3，本申请实施例所提供的卫星，五棱柱本体100上设有主对地面110、一组副对地面和一组对天面，一组副对地面设于主对地面110的两侧，一组对天面与一组副对地面分别相对设置。其中，主对地面110上安装有对地观测载荷111，对地观测载荷111用于执行对地的预设操作，一组副对地面上均安装有第一通信设备，第一通信设备用于实现对地通信，五棱柱本体100上安装有位于一组对天面内侧的第二通信设备，第二通信设备与一组副对地面上的第一通信设备形成全空间覆盖；一组对天面上均安装有对天导航设备，以实现对天导航。

需要说明的是，卫星是高利用率国际干线的最佳传输媒体，卫星通信的原理是将卫星发射到赤道上空36000km处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。卫星通信系统具有频带宽、通信容量大、误码率低、通信质量高和覆盖面广的优点。

本实施例中，通信卫星主要用来远距离传送电话、电传和电视等业务。比如，对地观测载荷111可为成像设备，比如遥感相机，当对地观测载荷111为遥感相机时，该卫星即可传送卫星图或卫星遥感图像，也叫卫星影像，所谓遥感，即遥远地感知，卫星遥感即通过卫星在太空中探测地球地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体，将这些电波信息转换、识别得到的图像，即为卫星图。当然，根据实际需要，对地观测载荷111也可为其他探测设备，本实施例对此并不作具体限制。

可以理解的是，采用本申请实施例设置的卫星，能够实现主对地面110对地观测姿态下的对地通信和对天导航以及一组副对地面分别对地观测姿态下的对地通信和对天导航。

具体地，主对地面110对地时，对地观测载荷111正对地观测(正对地)，一组副对地面上的第一通信设备共同完成对地通信工作，第二通信设备和一组副对地面上的第一通信设备形成全空间覆盖，一组对天面上的对天导航设备共同完成对天导航工作；一组副对地面中的第一副对地面120对地时，对地观测载荷111朝左下对地观测(左下对地)，第一副对地面120上的第一通信设备完成对地通信工作，第二通信设备、一组副对地面中的第二副对地面130上的第一通信设备和第一副对地面120上的第一通信设备形成全空间覆盖，且与第一副对地面120相对的对天面上的对天导航设备完成对天导航工作；一组副对地面中的第二副对地面130对地时，对地观测载荷111朝右下对地观测(右下对地)，第二副对地面130上的第一通信设备完成对地通信工作，第二通信设备、一组副对地面中的第一副对地面120上的第一通信设备和第二副对地面130上的第一通信设备形成全空间覆盖，且与第二副对地面130相对的对天面上的对天导航设备完成对天导航工作。

其中，图2和图3中X轴方向为卫星的运行方向，Y轴为第一副对地面120的法向，Z轴为第二副对地面130的法向。

如此一来，根据不同的观测目标和方向，本申请实施例设置了三个姿态，也即通过卫星的滚转能够实现三个姿态的调控，从而使卫星上的对地观测载荷111具备对正下方、左下方、右下方进行观测的能力，实现多个对地观测姿态下的对地通信和对天导航。

需要注意的是，上述正对地、左下对地和右下对地是以卫星的运行方向为参考设定的，其中，左下对地和右下对地分别为卫星前进方向的左下方和右下方。

在一些实施例中，五棱柱本体100还包括载荷安装板101、一组通信设备安装板102、帆板安装板104及一对盖板105，载荷安装板101、一组通信设备安装板102、对接板103、帆板安装板104及一对盖板105形成内腔封闭的五棱柱构型。

其中，主对地面110设于载荷安装板101，一组副对地面(第一副对地面120和第二副对地面130)分别设于一组通信设备安装板102，一组对天面(第一对天面140和第二对天面150)分别设于帆板安装板104和对接板103。

可以理解的是，卫星的五棱柱本体100结构采用五棱柱箱板式构型，由长方体(六面体)切去一个棱，形成的具有一个45°大斜面(也即主对地面110)的五棱柱构型。除飞行方向正反两个端面外，五棱柱的五个侧面具有不同的功能：

a)载荷安装面(也称主对地面110，设于载荷安装板101上)：图1所示的斜面，其上安装对地观测载荷111，该面法线正对地心时，对地观测载荷111正对地观测；

b)第一副对地面120(设于一个通信设备安装板102上)：主对地面110一侧的窄面，当卫星绕飞行轴线滚转45°后，载荷向左下方观测，该面法线正对地，其上安装一套第一通信设备(包括第一对地测控发射天线121、第一对地测控接收天线122和第一数传天线123)，实现该姿态下的对地通信；

c)第二副对地面130(设于另一个通信设备安装板102上)：主对地面110另一侧的窄面，当卫星绕飞行轴线滚转-45°后，载荷向右下方观测，该面法线正对地，其上安装另一套第一通信设备(包括第二对地测控发射天线131、第二对地测控接收天线132和第二数传天线133)，实现该姿态下的对地通信；

d)帆板安装面(也称第一对天面140，设于帆板安装板104上)：第一副对地面120的对面，其上安装一副帆板180，并安装一个第一导航天线141，实现第一副对地面120正对地时卫星对天方向导航信号的接收；

e)星箭对接面(也称第二对天面150，设于对接板103上)：第二副对地面130的对面，其为卫星与运载火箭的对接面，并安装一个第二导航天线151，实现第二副对地面130正对地时卫星对天方向导航信号的接收。

此外，卫星在飞行方向正反两个端面(分别设于两个盖板105上)，上安装星敏、推进等姿轨控单机，比如在后盖板105设置推力器172，该推力器172用于调整卫星的运行轨道。

与此同时，在上述两个端面上，另外安装一套第二通信设备(包括对天测控发射天线161和对天测控接收天线162)，其指向为主对地面110的反向，与两个副对地面上的对地测控天线形成全空间覆盖，保证遥测遥控信号的不中断。

也就是说，将对地观测载荷111安装在五棱柱的斜面上，斜面作为主对地面110，斜面两侧的窄面作为两个副对地面，两个副对地面的对面为两个对天面，即五棱柱的五个外侧面为三个对地面和两个对天面。在两个副对地面上各安装一套对地测控天线、数传天线，在斜面对角处(两个对天面夹角处)安装一套对天测控天线，形成以对地为主的全天覆盖，与此同时，两个对天面上各安装一套导航天线，形成全天覆盖。

在一些实施例中，为了实现全空间的对太阳捕获，星箭对接面和第二副对地面130上各安装一个三轴太敏173。

在一些实施例中，五棱柱本体100还包括隔板组件，隔板组件设于内腔，以支撑载荷安装板101及对地观测载荷111。

作为优选的，五棱柱本体100结构内部设置的隔板组件，承受纵向载荷。如此一来，从对接板103，经过隔板组件，到达载荷安装板101，承受主载荷的过载，实现了最短传力路径，保证对地观测载荷111的支撑稳定性。

在一些实施例中，隔板组件包括若干等间距设置的隔板106(比如设置三块隔板106)，若干隔板106在五棱柱本体100内将内腔分隔成若干舱体，且任一舱体内设有斜装飞轮171，以调整五棱柱本体100的姿态。

请一并参阅说明书附图4，三块隔板106将五棱柱构型的内部空间分为了四个舱体，每个舱体内安装平台单机和载荷单机，四个斜装飞轮171分别安装在四个舱体内的底板上。这样可以充分利用底板、盖板105、隔板106作为单机安装板，有效利用舱内空间，避免了狭小角落、中心空腔的无用空间的存在。

如此一来，相较于现有技术中配置高成本的推进系统、控制系统，同时导致卫星尺寸较大、发射成本和分离机构成本较高。本申请实施例提供的卫星能够满足低成本要求，此外，姿态调整后，卫星对地通信和对天导航也不会受到影响。

在一些实施例中，帆板180与五棱柱本体100连接的一端具有至少两个旋转自由度，使帆板180相对于五棱柱本体100转动。

可以理解的是，卫星入轨、星箭分离后，帆板180展开，以开展对地观测工作。

请一并参阅说明书附图5，帆板180的一端通过第一旋转驱动机构181(也称连接架驱动机构)和第二旋转驱动机构182(也称根部驱动机构)可转动地连接在五棱柱本体100上，帆板180的一端连接于第一旋转驱动机构181的一端，第一旋转驱动机构181驱动帆板180绕第一轴线旋转，第一旋转驱动机构181的另一端连接在第二旋转驱动机构182上，第二旋转驱动机构182固定于五棱柱本体100，第二旋转驱动机构182驱动帆板180绕第二轴线旋转。

具体地，帆板180由根部驱动机构和连接架驱动机构驱动实现任一角度的定向转动，其中根部驱动机构驱动帆板180绕N轴转动，连接架驱动机构驱动帆板180绕M轴转动。帆板180的空间位置用两个坐标(m，n)表达，其中m表示连接架驱动机构转动角度，n表示根部驱动机构转动角度。图5所示帆板180空间位置为(0，0)。

综上，本申请实施例提供的卫星能够根据不同的观测目标和方向，定义三个姿态，通过卫星的滚转调姿实现三个姿态。下面具体说明：

请一并参阅说明书附图6，卫星主对地面110正朝地面，载荷正对地观测。第一副对地面120和第二副对地面130上的两套测控天线和数传天线共同完成对地通信工作，对天测控发射天线161和对天测控接收天线162与之形成全空间覆盖。星箭对接面和帆板安装面上的两个导航天线共同完成对天导航通信工作。在图6的一次构型中所展示的是帆板180(-45，0)位。根据太阳的方位，帆板180实时转动。

请一并参阅说明书附图7，卫星滚动45°，使第一副对地面120正朝地面，而载荷左下对地观测。第一副对地面120上的测控天线和数传天线完成对地通信工作。对天测控发射天线161、对天测控接收天线162和第二副对地面130上的测控天线与之形成全空间覆盖。帆板安装面上的导航天线完成对天导航通信工作。在图7的二次构型中所展示的是帆板180(90，0)位。根据太阳的方位，帆板180实时转动。

请一并参阅说明书附图8，卫星滚动-45°，使第二副对地面130正朝地面，而载荷右下对地观测。第二副对地面130上的测控天线和数传天线完成对地通信工作。对天测控发射天线161、对天测控接收天线162和第一副对地面120上的测控天线与之形成全空间覆盖。星箭对接面上的导航天线完成对天导航通信工作。在图8的二次构型中所展示的是帆板180(0，0)位。根据太阳的方位，帆板180实时转动。

采用本申请实施例提供的卫星，可以带来如下有益效果：

其一，卫星五棱柱本体100结构构型采用五棱柱箱板式结构构型。在容积率较大的长方体箱板式构型基础上，切去一个棱，成为五棱柱构型，避免了狭小角落、中心空腔的无用空间的存在，进一步增大了卫星内部空间的有效利用率。

其二，卫星尺寸小，主体采用五棱柱结构，研制成本较低。按一箭四星、壁挂中心承力筒的形式，进行卫星包络尺寸设计。卫星的包络空间为运载发射空间的1/4扇形区域，只需要承担1/4发射费用，大大降低发射成本。

其三，卫星采用三个对地面、两个对天面，实现三次构型，有效实现了三个对地观测姿态下的对地通信和对天导航。

其四，通过四个斜装飞轮171进行姿态控制，避免配置高成本的推进系统，仅通过飞轮进行滚转调姿，使姿控系统实现了低成本。

其五，采用一副帆板180和两轴驱动机构，控制帆板180对日定向，提高了帆板180利用效率，使得帆板180面积最小，降低了帆板180的研制成本。同时一副帆板180仅需用一套两轴驱动机构，减少了驱动机构的数量，降低了驱动机构的成本。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本申请所提供的卫星进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卫星，其特征在于，包括五棱柱本体和设于所述五棱柱本体上、可收拢和展开的帆板，所述五棱柱本体包括对接板，以使将所述对接板安装于发射装置的弧形安装面时，所述五棱柱本体、收拢状态的所述帆板及所述弧形安装面三者在垂直于所述对接板的平面上的投影包络线呈扇环。

2.如权利要求1所述的卫星，其特征在于，所述五棱柱本体设有主对地面、一组副对地面和一组对天面，一组所述副对地面设于所述主对地面的两侧，一组所述对天面与一组所述副对地面分别相对设置；

所述主对地面上安装有对地观测载荷，以执行对地的预设操作；

一组所述副对地面上均安装有第一通信设备，以实现对地通信，所述五棱柱本体上安装有位于一组所述对天面内侧的第二通信设备，所述第二通信设备与所述第一通信设备形成全空间覆盖；

一组所述对天面上均安装有对天导航设备，以实现对天导航。

3.如权利要求2所述的卫星，其特征在于，所述五棱柱本体还包括载荷安装板、一组通信设备安装板、帆板安装板及一对盖板，所述载荷安装板、一组所述通信设备安装板、所述对接板、所述帆板安装板及一对所述盖板形成内腔封闭的所述五棱柱本体；

其中，所述主对地面设于所述载荷安装板，一组所述副对地面分别设于一组所述通信设备安装板，一组所述对天面分别设于所述对接板和所述帆板安装板。

4.如权利要求3所述的卫星，其特征在于，所述五棱柱本体还包括隔板组件，所述隔板组件设于所述内腔，以支撑所述载荷安装板及所述对地观测载荷。

5.如权利要求4所述的卫星，其特征在于，所述隔板组件包括若干等间距设置的隔板，若干所述隔板在所述五棱柱本体内将所述内腔分隔成若干舱体，任一所述舱体内设有斜装飞轮，以调整所述五棱柱本体的姿态。

6.如权利要求2所述的卫星，其特征在于，所述对地观测载荷为成像设备，所述第一通信设备和所述第二通信设备均包括测控发射天线和测控接收天线，所述对天导航设备包括导航天线。

7.如权利要求3所述的卫星，其特征在于，所述盖板上设有推力器，所述推力器用于调整所述五棱柱本体的运行轨道。

8.如权利要求1-7任意一项所述的卫星，其特征在于，所述帆板与所述五棱柱本体连接的一端具有至少两个旋转自由度，使所述帆板相对于所述五棱柱本体转动。

9.如权利要求8所述的卫星，其特征在于，所述帆板的一端通过第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构可转动地连接在所述五棱柱本体上，所述帆板的一端连接于所述第一旋转驱动机构的一端，所述第一旋转驱动机构驱动所述帆板绕第一轴线旋转，所述第一旋转驱动机构的另一端连接在所述第二旋转驱动机构上，所述第二旋转驱动机构固定于所述五棱柱本体，所述第二旋转驱动机构驱动所述帆板绕第二轴线旋转。

10.如权利要求1-7任意一项所述的卫星，其特征在于，所述扇环的圆心角为90°，且当所述对接板安装于所述弧形安装面时，所述五棱柱本体和收拢状态的所述帆板二者的两侧均设有预设尺寸的安全间隙。