CN210912936U - 一种立方星压紧释放装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种立方星压紧释放装置，包括外框、基准板、特氟龙锁紧块、弹簧、锁紧机构以及解锁机构；其特征在于：所述外框为两端开口的框体，所述基准板安装在外框的一端，立方星安装后，所述基准板与立方星的底部紧贴连接；所述特氟龙锁紧块有四块，分别位于立方星与外框的之间的四角；所述锁紧机构位于立方星远离基准版的一端，所述解锁结构位于所述立方星靠近基准版的一端；所述弹簧位于立方星与底板之间。本实用新型可以保证卫星只有一个端面与压紧释放机构固连，另一端开敞。

Description

一种立方星压紧释放装置

技术领域

本实用新型涉及航天器技术领域，尤其涉及一种立方星压紧释放装置。

背景技术

立方星(CubeSat)是一类符合立方星标准规范的微小型卫星。立方星采用标准化结构设计，基本型的尺寸为10cm×10cm×10cm称为1U立方星，在此基础上可以根据任务需求构建1.5U、2U、3U等扩展型的立方星。

立方星压紧释放装置也叫立方星轨道部署器(Picosatellite OrbitalDeployer)，作用是在卫星发射阶段将立方星压紧在部署器内部，能抵抗火箭发射过程中的力学条件，火箭入轨后，将立方星释放出来，并保证一定的分离速度。

随着立方星的发展，立方星压紧释放装置也有比较多的种类，压紧释放装置的标准化也为立方星进入太空提供了便利条件。国际上常见的立方星压紧释放装置有P-POD、X-POD、ISPOD。

P-POD是美国加州州立理工大学推出了标准3U立方星部署器(PolyPicosatellite Orbital Deployer,P-POD)，可以适应1U～3U立方星发射部署需求。该部署器采用非火工品释放系统，并采用了冗余电路，具有较好的可靠性和安全性(参考:http://cubesat.calpoly.edu/,17-10-2008)。

XPOD(eXperimental Push Out Deployer)是多伦多大学航空学院研制的一款试验，可以适应不同尺寸的立方星(参考：http://www.utias-sfl.net/, 17-10-2008)。

ISIPOD(Innovative Solutions In Space Picosatellite Orbital Deployer)是荷兰ISIS(Innovative Solutions In Space)公司研制的标准的3U立方星分离机构，也是当前应用最广发的一种立方星压紧释放装置。

类似的各大学研制的立方星压紧释放装置都存在一定问题，主要是立方星必须整体装入压紧释放装置内部，如图1所示，立方星两头被压紧，这就导致立方星设计时必须保证两个端面不可安装设备，立方星在发射过程中也无法与外界通信。

在实际的立方星设计过程中，由于立方星四个侧面均需要安装太阳电池阵，两个端面往往用来安装天线或者是载荷的探头，空间非常宝贵。

另一个当前立方星分离机构的缺点是，为确保立方星发射后顺利分离，立方星与分离机构之间需要保留一部分间隙，这样，立方星与分离机构之间就非刚性连接，整体的刚度就会有一定的降低，虽然部分分离机构采取了销钉等手段提高连接刚度，但整体上连接的强度难以控制，立方星发射过程中可能承受较大的载荷。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了提供一种立方星压紧释放装置，本实用新型可以保证卫星只有一个端面与压紧释放机构固连，另一端开敞。本实用新型具体通过如下技术方案实现：

一种立方星压紧释放装置，所述装置包括外框、基准板、特氟龙锁紧块、弹簧、锁紧机构以及解锁机构；其特征在于：所述外框为两端开口的框体，所述基准板安装在外框的一端，立方星安装后，所述基准板与立方星的底部紧贴连接；所述特氟龙锁紧块有四块，分别位于立方星与外框的之间的四角；所述锁紧机构位于立方星远离基准版的一端，所述解锁结构位于所述立方星靠近基准版的一端；所述弹簧位于立方星与底板之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述基准板为特氟龙基准版。

作为本实用新型的进一步改进，所述解锁结构包括解锁牛头和解锁扣，解锁扣板上的开孔可容许解锁牛头在左右各15度的容差范围内解锁；解锁牛头与解锁扣板的接触为圆接触面。

作为本实用新型的进一步改进，所述解锁牛头和解锁扣板的接触面涂 MoS₂涂层。

作为本实用新型的进一步改进，所述解锁牛头只能逆时针转动，在正常程况下，由于解锁装置具有棘轮机构，即便发生逆转，解锁机构也不会分离动作。

作为本实用新型的进一步改进，所述解锁机构的驱动机构由直流有刷电机驱动组成，两只电机同时动作，同时如其中任何一只电机发生问题，另一只电机也可独力承担。

作为本实用新型的进一步改进，所述特氟龙锁紧块为非直角的L型垫块，具有一倾斜角度，使得立方星在外框中倾斜放置。

作为本实用新型的进一步改进，在所述弹簧与立方星之间增加特氟龙套，所述特氟龙套轴截面为外六方形、中间开孔，弹簧穿过所述特氟龙套。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的具备一端开放的立方星分离机构，且立方星两端均有固定。这样兼容传统压紧释放装置，同时能在发射过程中的对地通信；立方星尾部与立方星分离机构之间的锁紧形式采取的解锁牛头和解锁扣板；分离驱动机构采取双电机驱动，减速并带棘轮的机构，确保分离的高可靠性。

附图说明

图1是现有技术中的立方星压紧释放装置的示意图；

图2(a)是本实用新型的立方星压紧释放装置的释放端口示意图；

图2(b)是本实用新型的立方星压紧释放装置的星箭分离机构内部示意图；

图2(c)是本实用新型的立方星压紧释放装置的星箭分离机构尾部示意图；

图3是本实用新型的立方星压紧释放装置的外观尺寸；

图4是立方星安装在本实用新型的压紧释放装置中的示意图；

图5是特氟龙锁紧块于本实用新型的压紧释放装置内的透视图；

图6是弹簧末端的特氟龙套的结构示意图；

图7是解锁机构的锁牛头的示意图；

图8是解锁机构的解锁扣板的示意图；

图9是解锁机构的解锁过程示意图；

图10是解锁机构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图2(a)、图2(b)和图2(c)所示，本实用新型的立方星压紧释放装置装配好的状态，整体是一个一端开口的小型方形桶，开口端的对应面是锁紧和释放机构，桶内未安装立方星时，释放弹簧是自由状态。图3 为本实用新型的立方星压紧释放装置的外观尺寸。

图4为立方星安装在压紧释放装置中的示意图，图5为特氟龙锁紧块于本实用新型的压紧释放装置内的透视图。压紧释放装置的顶端固定结构主要由安装在立方星顶端的四片特氟龙锁紧块(A)组成。置于立方星顶端的特氟龙锁紧块拥有多功能用途：①特氟龙锁紧块可吸收卫星发射过程中的震动；②由于该垫块，使得立方星的四个面跟分离装置结构间产生3毫米间隙，以避免立方星与分离机构之间产生磕碰，保护立方星表面电池片；③可以有效的锁紧立方星一端，合理选择特氟龙锁紧块的倾斜角度，可确保立方星分离的可靠性。

四块特氟龙锁紧块，加上立方星另一端的锁紧机构，当立方星被解锁扣的拉力(大约500N)锁紧时，可使得立方星放入压紧释放装置时会有效而容易地对置中固定，与解锁扣接合并进行锁紧程序。

为实现直线分离，弹簧与立方星之间增加了特氟龙套，此部件使立方星的底板与弹簧被解放时能够平均受力。如图6所示，特氟龙套轴截面设计为外六方形，这样特氟龙轴套与外面铝板接触面比较小，使其相互之间摩擦力大为减小。为了保证跟立方星接触的平面在任何情况下也能保持垂直的状态，部件设计时被刻意地保留了一定长度。特氟龙与铝材的摩擦系数较小，即使在有贴近情况下亦不会对弹簧的功能构成影响，只会在分离方向有偏转角度，对分离过程不会造成影响。

解锁机构是整个分离装置达到任务目标的关键分部分；在锁紧状态，利用解锁机构内的解锁牛头和解锁扣，分离装置能锁紧立方星。图7为解锁机构的锁牛头示意图，图8是解锁结构的解锁扣板示意图，解锁扣板上的开孔可容许解锁牛头在左右各15度的容差范围内解锁。

解锁牛头与解锁扣板的接触为圆接触面。和普通的平面接触面比较，圆接触面会令锁紧扣结构的受力更强及能让转动动作更顺畅，也可使解锁牛头在插入解锁扣板中具有自动导向的优点。解锁牛头和解锁扣板的接触面涂MoS₂涂层，可减少转动所需的力矩，也可避免摩擦导致的粘连，提升装置的可靠度。

为避免震动时解锁牛头轴心承受太大应力，轴心直径需要比接触面的面积大，这样的设计也能够消除转动时轴心受到摩擦力影响造成错位。

当立方星被装配在分离机构时，驱动电机供电，压紧释放装置启动锁紧程序，并转动解锁牛头90度后，立方星会被固定。图9给出了解锁扣和解锁扣板在分离时的动作过程。

解锁牛头在设计上只会逆时针转动。在正常程况下，由于解锁装置具有棘轮机构，即便发生逆转，分离机构也不会动作。卫星发射升空后，驱动机构受火箭驱动，再次供电启动，电机的旋转带动解锁牛头，解锁操作启动后锁牛头与解锁扣板穿孔对正时两件部件会与分开，实现立方星分离。

立方星压紧释放装置在独立完成组装；压紧释放装置在无需拆卸主部件的状态下能够将立方星固定。在图8中可以看到解锁齿轮设计有不同直径的小孔，其孔径大小按规律分布，在分离的末端马达近处可观察到刻意加在解锁扣齿轮上的小孔，根据所目测到的不同的孔径，可以判别出齿轮当前的位置和转动方向。

图10展示了解锁机构的内部设计。当其中一个马达停止转动时，解锁机构内的棘轮离合器会发挥作用，防止整个机构因单个马达停止而无法解锁。

解锁机构的驱动机构由两个瑞士制造的直流有刷电机驱动组成，两只电机同时动作，同时如其中任何一只电机发生问题，另一只电机也可独力承担所有解锁程序。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种立方星压紧释放装置，其特征在于：所述装置包括外框、基准板、特氟龙锁紧块、弹簧、锁紧机构以及解锁机构；所述外框为两端开口的框体，所述基准板安装在外框的一端，立方星安装后，所述基准板与立方星的底部紧贴连接；所述特氟龙锁紧块有四块，分别位于立方星与外框的之间的四角；所述锁紧机构位于立方星远离基准版的一端，所述解锁机构位于所述立方星靠近基准版的一端；所述弹簧位于立方星与底板之间。

2.根据权利要求1所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述基准板为特氟龙基准版。

3.根据权利要求1所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述解锁机构包括解锁牛头和解锁扣，解锁扣板上的开孔可容许解锁牛头在左右各15度的容差范围内解锁；解锁牛头与解锁扣板的接触为圆接触面。

4.根据权利要求3所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述解锁牛头和解锁扣板的接触面涂MoS₂涂层。

5.根据权利要求3所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述解锁牛头只能逆时针转动，在正常程况下，由于解锁装置具有棘轮机构，即便发生逆转，解锁机构也不会分离动作。

6.根据权利要求3所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述解锁机构的驱动机构由直流有刷电机驱动组成，两只电机同时动作，同时如其中任何一只电机发生问题，另一只电机也可独力承担。

7.根据权利要求1所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：所述特氟龙锁紧块为非直角的L型垫块，具有一倾斜角度，使得立方星在外框中倾斜放置。

8.根据权利要求1所述的立方星压紧释放装置，其特征在于：在所述弹簧与立方星之间增加特氟龙套，所述特氟龙套轴截面为外六方形、中间开孔，弹簧穿过所述特氟龙套。

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