CN117682112A - 应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构及分离方法，包括承力柱组件、拉紧杆组件、压紧盖组件、压紧解锁组件、展开锁定组件及拉簧组件；承力柱组件两侧均固定连接有展开锁定组件，在展开锁定组件上连接有拉紧杆组件，拉紧杆组件另一端通过压紧解锁组件和压紧盖组件连接；承力柱组件包括3个低承力柱和1个高承力柱，在3个低承力柱上放置第一颗卫星，第二颗卫星旋转180°放置在第一颗卫星的两个低承力柱和高承力柱上，依次错层堆叠形成卫星错层堆叠组件；压紧盖组件固定在卫星错层堆叠组件最顶层两颗卫星上的承力筒上，拉簧组件一端连接在拉紧杆组件上、另一端连接在承力柱组件上。

Description

应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构及分离方法

技术领域

本发明涉及平板卫星的压紧释放分离机构技术领域，更具体地说，涉及一种应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构及分离方法。

背景技术

随着空间探测、5g信号普及、网络技术发展以及低轨互联等的卫星应用领域的扩展，多星组网的低轨卫星星座逐渐成为了当前的主流卫星设计和使用需求。

卫星星座系统具备高稳定性、低延时、不依赖地面基础设施、轻量化终端以及全球覆盖等优点。但是，当前传统多星发射方式，卫星布局多采用外挂中心圆筒适配器或多星并列式，造成火箭空间利用率减小；而另一种通过堆栈堆叠卫星的方式越来越普遍，该结构是将多颗相同卫星通过承力柱堆叠在一起，可以极大的提高火箭整流罩利用率，节约了发射成本。

对于多星堆叠连接与分离的发射模式，卫星压紧与释放技术是该领域的一项关键技术。传统的星间锁紧主要由包带式、点式星间解锁分离，较多采用火工解锁分离形式，火工分离存在安全性差、冲击载荷大、起爆后产生污染物等问题，且鉴于每次发射的卫星的不同，每次发射的星间锁定解锁装置需要重新设计，花费大量时间精力。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构及分离方法，该应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，无污染、大承载、可互换性好、分离同步性好、方便批量化生产以及具有良好可互换性。

本发明提供一种应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，包括承力柱组件、拉紧杆组件、压紧盖组件、压紧解锁组件、展开锁定组件及拉簧组件；所述承力柱组件两侧均固定连接有所述展开锁定组件，在所述展开锁定组件上连接有所述拉紧杆组件，所述拉紧杆组件另一端通过所述压紧解锁组件和所述所述压紧盖组件连接；所述承力柱组件包括3个低承力柱和1个高承力柱，所述高承力柱的高度是所述低承力柱的两倍；3个所述低承力柱和1个所述高承力柱，按照平板卫星承力筒之间的间隔在运载适配器上固定，在3个所述低承力柱上放置第一颗卫星，第二颗卫星旋转180°放置在第一颗卫星的两个所述低承力柱和所述高承力柱上，依次错层堆叠形成卫星错层堆叠组件；所述压紧盖组件固定在所述卫星错层堆叠组件最顶层两颗卫星上的承力筒上，通过所述压紧解锁组件给卫星的承力筒施加压紧的预紧力；所述拉簧组件一端连接在所述拉紧杆组件上、所述拉簧组件另一端连接在所述承力柱组件上，所述拉簧组件位于所述承力柱组件远离所述卫星错层堆叠组件的一侧。

采用上述技术方案，分离时运载末级火箭控制整个星箭组合体绕俯仰轴起旋，当达到指定角速度和角度后，压紧解锁组件分离，释放预紧力，拉紧杆组件在拉簧组件的带动下绕展开锁定组件展开，展开到位后通过展开锁定组件对展开状态进行锁定，此时释放卫星，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离(随末级火箭重新入轨，平板卫星在预紧力释放后，依靠起旋后每层卫星之间的速度差实现被动分离)。

进一步地，所述压紧解锁组件包括复合隔振垫片、爆炸螺栓收集盒、加载螺母及爆炸螺栓；所述爆炸螺栓收集盒和所述压紧盖组件连接，在所述爆炸螺栓一端位于所述爆炸螺栓收集盒内部，通过所述加载螺母收紧固定，在所述爆炸螺栓端部和所述爆炸螺栓收集盒顶部之间设置有所述复合隔振垫片，所述爆炸螺栓另一端与所述拉紧杆组件连接，通过加载螺母施加预紧力。

采用上述技术方案，爆炸螺栓点火解起爆后，爆炸螺栓螺杆经过复合隔振垫片减振后保留在爆炸螺栓收集盒内部空间内，随压紧盖组件一同随卫星分离，释放预紧力。

进一步地，所述展开锁定组件包括铰链结构、压缩弹簧、销轴及销孔，所述铰链结构一端和所述拉紧杆组件连接，所述铰链结构另一端和所述承力柱组件连接，将所述拉紧杆组件和所述承力柱组件之间实现铰接；所述销轴通过压缩弹簧和所述拉紧杆组件连接，在所述承力柱组件上设有所述销孔；当拉紧杆组件上的销轴翻转滑动至承力柱组件的销孔处时，销轴通过弹簧推力插入销孔锁定，实现展开锁定组件对拉紧杆组件的展开状态进行锁定。展开锁定组件的设计保证分离后拉紧杆组件可以远离卫星，不影响多星分离。

进一步地，在所述承力柱组件两侧的拉紧杆组件上连接有弧形连接板。弧形连接板的设计使得承力柱组件两侧的两个拉紧杆组件在展开时保持一致。

本发明还提供一种分离方法，所述分离方法应用于上述的错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构。

进一步地，所述分离方法包括以下步骤：

S1：运载末级火箭与卫星错层堆叠组件以及分离机构组成组合体，进入预定轨道后，末级火箭控制整个组合体绕俯仰轴以及中心轴以一定的角度起旋；

S2：当星箭组合体达到预定姿态和俯仰角速度后，运载给压紧解锁组件上的爆炸螺栓发射解锁信号；

S3：爆炸螺栓点火解锁后，压紧解锁组件预紧力释放，拉紧杆组件向四周倒伏，至固定角度后通过展开锁定组件锁定，随末级火箭重新入轨；

S4：分离后，无主动控制系统介入，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离，卫星组件以被动分离方式无序分离；

S5：压紧盖组件和压紧解锁组件与最顶层卫星固定连接，卫星分离后，压紧盖组件随最顶层卫星一同分离。

本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，分离时运载末级火箭控制整个星箭组合体绕俯仰轴起旋，当达到指定角速度和角度后，压紧解锁组件分离，释放预紧力，拉紧杆组件在拉簧组件的带动下绕展开锁定组件展开，展开到位后通过展开锁定组件对展开状态进行锁定，此时释放卫星，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离；提高了火箭空间利用率，降低了发射成本；构型简单、零件加工装配简单，满足批量化生产以及零件可互换性需求；可针对卫星尺寸及堆叠高度尺寸进行直接调整，可适配不同种类堆叠式卫星；具有无污染、承载大、分离同步性好，可靠性高等优点；拉紧杆组件运动后会被动锁定，防止分离后不规律运动影响卫星分离；星箭分离后，部分零件随卫星入轨，其余零件随运载钝化，无多于零件污染太空环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的结构示意图。

图2为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的压紧解锁组件的平面结构示意图。

图3为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的展开锁定组件的平面结构示意图。

图4为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构与运载末级火箭的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的分离方法的流程示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1、承力柱组件 11、高承力柱 12、低承力柱

2、拉紧杆组件 3、压紧盖组件 4、压紧解锁组件

41、复合隔振垫片 42、爆炸螺栓收集盒 43、加载螺母

44、爆炸螺栓 5、展开锁定组件 6、拉簧组件

7、弧形连接板 100、卫星错层堆叠组件 110、卫星

120、承力筒 200、运载末级火箭

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

图1为本发明实施例提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的结构示意图，图4为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构与运载末级火箭的结构示意图。请参照图1、图4，本发明实施例提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，包括承力柱组件1、拉紧杆组件2、压紧盖组件3、压紧解锁组件4、展开锁定组件5及拉簧组件6；所述承力柱组件1两侧均固定连接有所述展开锁定组件5，在所述展开锁定组件5上连接有所述拉紧杆组件2，所述拉紧杆组件2另一端通过所述压紧解锁组件4和所述压紧盖组件3连接；所述承力柱组件1包括三个低承力柱12和一个高承力柱11，所述高承力柱11的高度是所述低承力柱12的两倍；三个所述低承力柱12和一个所述高承力柱11，按照平板卫星110承力筒120之间的间隔在运载适配器上固定，在三个所述低承力柱12上放置第一颗卫星110，第二颗卫星110旋转180°放置在第一颗卫星110的两个所述低承力柱12和所述高承力柱11上，依次错层堆叠形成卫星错层堆叠组件100；所述压紧盖组件3固定在所述卫星错层堆叠组件100最顶层两颗卫星110上的承力筒120上，通过所述压紧解锁组件4给卫星110的承力筒120施加压紧的预紧力；所述拉簧组件6一端连接在所述拉紧杆组件2上、所述拉簧组件6另一端连接在所述承力柱组件1上，所述拉簧组件6位于所述承力柱组件1远离所述卫星错层堆叠组件100的一侧。

本发明的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，分离时，运载末级火箭200控制整个星箭组合体绕俯仰轴起旋，当达到指定角速度和角度后，压紧解锁组件4分离，释放预紧力，拉紧杆组件2在拉簧组件6的带动下绕展开锁定组件5展开，展开到位后通过展开锁定组件5对展开状态进行锁定，此时释放卫星110，卫星错层堆叠组件100的平板卫星110依靠层间速度差逐渐互相分离(随运载末级火箭200重新入轨，平板卫星110在预紧力释放后，依靠起旋后每层卫星110之间的速度差实现被动分离)。

本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，提高了火箭空间利用率，降低了发射成本；构型简单、零件加工装配简单，满足批量化生产以及零件可互换性需求；可针对卫星尺寸及堆叠高度尺寸进行直接调整，可适配不同种类堆叠式卫星；具有无污染、承载大、分离同步性好，可靠性高等优点；拉紧杆组件运动后会被动锁定，防止分离后不规律运动影响卫星分离；星箭分离后，部分零件随卫星入轨，其余零件随运载钝化，无多于零件污染太空环境。

图2为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的压紧解锁组件的平面结构示意图。请参照图2，本发明实施例提供的压紧解锁组件4包括复合隔振垫片41、爆炸螺栓收集盒42、加载螺母43及爆炸螺栓44；所述爆炸螺栓收集盒42和所述压紧盖组件3连接，所述爆炸螺栓44一端位于所述爆炸螺栓收集盒42内部，通过所述加载螺母43收紧固定，在所述爆炸螺栓44端部和所述爆炸螺栓收集盒42顶部之间设置有所述复合隔振垫片41，所述爆炸螺栓44另一端与所述拉紧杆组件2连接，通过加载螺母43施加预紧力。

需要说明的是，爆炸螺栓44点火解起爆后，爆炸螺栓44螺杆经过复合隔振垫片41减振后保留在爆炸螺栓收集盒42内部空间内，随压紧盖组件3一同随卫星分离，释放预紧力。

图3为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构的展开锁定组件的平面结构示意图。请参照图1、图3，本发明实施例提供的展开锁定组件5包括铰链结构51、压缩弹簧、销轴及销孔，所述铰链结构51一端和所述拉紧杆组件2连接，所述铰链结构51另一端和所述承力柱组件1连接，将所述拉紧杆组件2和所述承力柱组件1之间实现铰接；所述销轴通过压缩弹簧和所述拉紧杆组件2连接，在所述承力柱组件1上设有所述销孔；当拉紧杆组件2上的销轴翻转滑动至承力柱组件1的销孔处时，销轴通过弹簧推力插入销孔锁定，实现展开锁定组件5对拉紧杆组件2的展开状态进行锁定。

需要说明的是，展开锁定组件5的设计保证分离后拉紧杆组件2可以远离卫星110，不影响多星分离。

进一步参照图1、图3，在所述承力柱组件1两侧的拉紧杆组件2上连接有弧形连接板7。

需要说明的是，弧形连接板7的设计使得承力柱组件1两侧的两个拉紧杆组件2在展开时保持一致。

图4为图1中应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构与运载末级火箭的结构示意图，图5为本发明实施例提供的分离方法的流程示意图。

本发明还提供一种分离方法，所述分离方法应用于上述的错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构。

具体地，所述分离方法包括以下步骤：

S1：运载末级火箭与卫星错层堆叠组件以及分离机构组成组合体，进入预定轨道后，末级火箭控制整个组合体绕俯仰轴以及中心轴以一定的角度起旋；

S2：当星箭组合体达到预定姿态和俯仰角速度后，运载给压紧解锁组件上的爆炸螺栓发射解锁信号；

S3：爆炸螺栓点火解锁后，压紧解锁组件预紧力释放，拉紧杆组件向四周倒伏，至固定角度后通过展开锁定组件锁定，随末级火箭重新入轨；

S4：分离后，无主动控制系统介入，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离，卫星组件以被动分离方式无序分离；

S5：压紧盖组件和压紧解锁组件与最顶层卫星固定连接，卫星分离后，压紧盖组件随最顶层卫星一同分离。

基于上文的描述可知，本发明优点在于：

1、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，分离时运载末级火箭控制整个星箭组合体绕俯仰轴起旋，当达到指定角速度和角度后，压紧解锁组件分离，释放预紧力，拉紧杆组件在拉簧组件的带动下绕展开锁定组件展开，展开到位后通过展开锁定组件对展开状态进行锁定，此时释放卫星，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离；

2、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，提高了火箭空间利用率，降低了发射成本；

3、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，构型简单、零件加工装配简单，满足批量化生产以及零件可互换性需求；

4、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，可针对卫星尺寸及堆叠高度尺寸进行直接调整，可适配不同种类堆叠式卫星；

5、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，具有无污染、承载大、分离同步性好，可靠性高等优点；

6、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，拉紧杆组件运动后会被动锁定，防止分离后不规律运动影响卫星分离；

7、本发明提供的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，星箭分离后，部分零件随卫星入轨，其余零件随运载钝化，无多于零件污染太空环境。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，其特征在于，包括承力柱组件(1)、拉紧杆组件(2)、压紧盖组件(3)、压紧解锁组件(4)、展开锁定组件(5)及拉簧组件(6)；

所述承力柱组件(1)两侧均固定连接有所述展开锁定组件(5)，在所述展开锁定组件(5)上连接有所述拉紧杆组件(2)，所述拉紧杆组件(2)另一端通过所述压紧解锁组件(4)和所述压紧盖组件(3)连接；

所述承力柱组件(1)包括三个低承力柱(12)和一个高承力柱(11)，所述高承力柱(11)的高度是所述低承力柱(12)的两倍；

三个所述低承力柱(12)和一个所述高承力柱(11)，按照平板卫星(110)承力筒(120)之间的间隔在运载适配器上固定，在三个所述低承力柱(12)上放置第一颗卫星(110)，第二颗卫星(110)旋转180°放置在第一颗卫星(110)的两个所述低承力柱(12)和所述高承力柱(11)上，依次错层堆叠形成卫星错层堆叠组件(100)；

所述压紧盖组件(3)固定在所述卫星错层堆叠组件(100)最顶层两颗卫星(110)上的承力筒(120)上，通过所述压紧解锁组件(4)给卫星(110)的承力筒(120)施加压紧的预紧力；

所述拉簧组件(6)一端连接在所述拉紧杆组件(2)上、所述拉簧组件(6)另一端连接在所述承力柱组件(1)上，所述拉簧组件(6)位于所述承力柱组件(1)远离所述卫星错层堆叠组件(100)的一侧。

2.根据权利要求1所述的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，其特征在于，所述压紧解锁组件(4)包括复合隔振垫片(41)、爆炸螺栓收集盒(42)、加载螺母(43)及爆炸螺栓(44)；

所述爆炸螺栓收集盒(42)和所述压紧盖组件(3)连接，所述爆炸螺栓(44)一端位于所述爆炸螺栓收集盒(42)内部，通过所述加载螺母(43)收紧固定，在所述爆炸螺栓(44)端部和所述爆炸螺栓收集盒(42)顶部之间设置有所述复合隔振垫片(41)，所述爆炸螺栓(44)另一端与所述拉紧杆组件(2)连接，通过加载螺母(43)施加预紧力。

3.根据权利要求1所述的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，其特征在于，所述展开锁定组件(5)包括铰链结构(51)、压缩弹簧、销轴及销孔，所述铰链结构(51)一端和所述拉紧杆组件(2)连接，所述铰链结构(51)另一端和所述承力柱组件(1)连接，将所述拉紧杆组件(2)和所述承力柱组件(1)之间实现铰接；

所述销轴通过压缩弹簧和所述拉紧杆组件(2)连接，在所述承力柱组件(1)上设有所述销孔；当拉紧杆组件(2)上的销轴翻转滑动至承力柱组件(1)的销孔处时，销轴通过弹簧推力插入销孔锁定，实现展开锁定组件(5)对拉紧杆组件(2)的展开状态进行锁定。

4.根据权利要求1所述的应用于错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构，其特征在于，在所述承力柱组件(1)两侧的拉紧杆组件(2)上连接有弧形连接板(7)。

5.一种分离方法，其特征在于，所述分离方法应用于权利要求1-4中任意一项所述的错层堆叠平板卫星的压紧释放分离机构。

6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述分离方法包括以下步骤：

S1：运载末级火箭与卫星错层堆叠组件以及分离机构组成组合体，进入预定轨道后，末级火箭控制整个组合体绕俯仰轴以及中心轴以一定的角度起旋；

S2：当星箭组合体达到预定姿态和俯仰角速度后，运载给压紧解锁组件上的爆炸螺栓发射解锁信号；

S3：爆炸螺栓点火解锁后，压紧解锁组件预紧力释放，拉紧杆组件向四周倒伏，至固定角度后通过展开锁定组件锁定，随末级火箭重新入轨；

S4：分离后，无主动控制系统介入，卫星错层堆叠组件的平板卫星依靠层间速度差逐渐互相分离，卫星组件以被动分离方式无序分离；

S5：压紧盖组件和压紧解锁组件与最顶层卫星固定连接，卫星分离后，压紧盖组件随最顶层卫星一同分离。