一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，由一組相互配套的可替換的基礎(chǔ)部件組成，主要包括側(cè)面板、半側(cè)面板、上頂板、下底板和板間聯(lián)接件五種部件。側(cè)面板和半側(cè)面板集成單機(jī)和載荷的標(biāo)準(zhǔn)接口，具備完全可重復(fù)特性；上頂板和下底板的設(shè)計(jì)依賴于具體的任務(wù)，只要將安裝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化接口集成在該兩種基礎(chǔ)部件上，對于同樣的側(cè)面板和半側(cè)面板結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)模塊化批量生產(chǎn)。五種部件的不同組合可以構(gòu)成不同的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同任務(wù)的需求，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)和快速組裝，集成和測試。這種模塊化可重構(gòu)特性進(jìn)一步縮短了整星研發(fā)周期，減少重復(fù)研發(fā)費(fèi)用，提升了微納衛(wèi)星的靈活性。
【專利說明】一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天衛(wèi)星領(lǐng)域，尤其涉及一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著計(jì)算機(jī)、新材料、微納米、微電子機(jī)械、高密度能源以及新型空間推進(jìn)技術(shù)的迅速發(fā)展，微納衛(wèi)星以一種全新的概念、嶄新的設(shè)計(jì)思想成為航天領(lǐng)域最活躍的研究方向。微納衛(wèi)星以“更快、更好、更省”為發(fā)展目標(biāo)，大量采用高新技術(shù)，具有功能密度與技術(shù)性能高、投資與運(yùn)營成本低、靈活性強(qiáng)、研制周期短、風(fēng)險小等優(yōu)點(diǎn)。微納衛(wèi)星重量輕，通常作為大型發(fā)射任務(wù)的附屬載荷，免于高成本的大型發(fā)射運(yùn)輸工具，使其發(fā)射成本顯著降低，并且可以實(shí)現(xiàn)靈活、機(jī)動、快速的發(fā)射。近些年，微納衛(wèi)星得到快速發(fā)展。
[0003]從2011年至2012年7月底，全球共發(fā)射232顆微納衛(wèi)星，占全球衛(wèi)星發(fā)射總數(shù)的22.8%。目前，微納衛(wèi)星已廣泛應(yīng)用于對地觀測、電子偵察、通信、導(dǎo)航、空間攻防、空間目標(biāo)跟蹤、在軌服務(wù)、戰(zhàn)術(shù)快響、空間科學(xué)探測、空間天氣、深空探測和新技術(shù)試驗(yàn)等領(lǐng)域，并且已成為空間系統(tǒng)的重要組成部分。
[0004]然而，傳統(tǒng)的航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是面向任務(wù)的，由用戶需求驅(qū)動，任務(wù)和功能比較單一，研制周期相對比較長，不適合微納衛(wèi)星的“更快、更好、更省”的目標(biāo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種模塊化可重構(gòu)特性的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性通過選擇合適的模塊化部件來實(shí)現(xiàn)，部件本身不需要改變，能夠針對不同的航天任務(wù)，進(jìn)行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的快速裝配、集成和測試。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化思路，設(shè)計(jì)一組相互配套的可替換的基礎(chǔ)部件，可以根據(jù)任務(wù)的需求實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的快速設(shè)計(jì)和快速組裝、集成和測試?；A(chǔ)部件主要由側(cè)面板，半側(cè)面板，上頂板，下底板和板間聯(lián)接件組成。側(cè)面板和半側(cè)面板集成單機(jī)和載荷的標(biāo)準(zhǔn)接口，具備完全可重復(fù)特性；兩者之間的不同是側(cè)面板上安裝了大部分的子系統(tǒng)，而半側(cè)面板上主要提供備用的開孔和為小型單機(jī)提供固定位置。上頂板和下底板的設(shè)計(jì)依賴于具體的任務(wù)，只要將安裝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化接口集成在該兩種基礎(chǔ)部件上，對于同樣的側(cè)面板和半側(cè)面板結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)模塊化批量生產(chǎn)。
[0007]若干個側(cè)面板與半側(cè)面板通過板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的側(cè)面，所述下底板分別與側(cè)面板與半側(cè)面板通過板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的底面，所述上頂板分別與側(cè)面板與半側(cè)面板通過板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的頂面。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:側(cè)面板的設(shè)計(jì)要使得所有的子系統(tǒng)集成在衛(wèi)星平臺的內(nèi)部，同時在側(cè)面板外部安裝太陽能電池片。半側(cè)面板為單機(jī)和載荷提供無遮擋的視場，或者安裝小型設(shè)備和單機(jī)，如推進(jìn)器噴嘴、天線和太陽敏感器等。只要提供針對單機(jī)和載荷的標(biāo)準(zhǔn)接口，側(cè)面板和半側(cè)面板都可以是完全重復(fù)的模塊。側(cè)面板尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)是根據(jù)衛(wèi)星所需的太陽能電池片的面積。半側(cè)面板為設(shè)備提供安裝面，對于有視場要求的設(shè)備，還要在給定方向提供安裝點(diǎn)。對于半側(cè)面板，設(shè)備既有可能被安裝在內(nèi)表面，也有可能安裝在外表面。因此，要在半側(cè)面板上預(yù)先定義開孔，使其成為結(jié)構(gòu)的一個組成部分，當(dāng)不需要開孔時，可以很容易地根據(jù)需要移除。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:上頂板用來封閉衛(wèi)星平臺，安裝載荷，并提供天線的接口，對于載荷裝在內(nèi)部的情況還要安裝太陽能電池片；下底板用來安裝發(fā)射接口或推進(jìn)系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:聯(lián)接件采用角支架，其特點(diǎn)是容易批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)需要切割到一定長度。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:由于結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)與其他所有分系統(tǒng)相接觸。本發(fā)明不涉及發(fā)射裝置和彈出裝置，考慮了除發(fā)射接口外的所有接口。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:設(shè)計(jì)一種模塊化可重構(gòu)的新型微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，由一組相互配套的可替換的基礎(chǔ)部件組成，可以根據(jù)任務(wù)的需要實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)和快速組裝，集成和測試，降低衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，減少重復(fù)研發(fā)費(fèi)用，縮短研制周期，提升微納衛(wèi)星的靈活性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A是本發(fā)明模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)側(cè)面板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1B本發(fā)明模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)半側(cè)面板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1C是本發(fā)明模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上頂板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1D是本發(fā)明模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)下底板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖1E是本發(fā)明模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板間聯(lián)接件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2A為本發(fā)明近點(diǎn)軌道衛(wèi)星平臺外部結(jié)構(gòu)示意圖，其為不含推進(jìn)系統(tǒng)的可執(zhí)行于近地軌道任務(wù)的衛(wèi)星平臺；
圖2B為本發(fā)明近點(diǎn)軌道衛(wèi)星平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3A為本發(fā)明地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星平臺外部結(jié)構(gòu)示意圖，其為含推進(jìn)系統(tǒng)的可執(zhí)行于地球同步轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)的衛(wèi)星平臺；
圖3B為本發(fā)明地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說明。
[0015]參見圖1A?圖1E，本發(fā)明一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)由一組相互配套的可替換的基礎(chǔ)部件組成，主要包括側(cè)面板11、半側(cè)面板12、上頂板13、下底板14和板間聯(lián)接件15。
[0016]側(cè)面板11上設(shè)置常用衛(wèi)星各個子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口 111。半側(cè)板12上設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)開孔121，為有視場要求的單機(jī)和載荷提供視場窗口，例如星敏感器122(標(biāo)示于圖2A中)。側(cè)面板11和半側(cè)面板12的區(qū)別是其上安裝的單機(jī):側(cè)面板11上安裝了衛(wèi)星平臺大部分的子系統(tǒng)，而半側(cè)面板上主要提供備用的開孔和為小型單機(jī)提供固定位置。側(cè)面板11和半側(cè)面板12外表面都可安裝太陽能電池片112 (標(biāo)示于圖2A中)。
[0017]所述上頂板13用來封閉微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，安裝載荷，并提供天線的接口，對于載荷裝在內(nèi)部的情況還可能需要安裝太陽能電池片。所述下底板14用來安裝發(fā)射接口或推進(jìn)系統(tǒng)。同時，為維持微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的完整性，所述上頂板13及下底板14的設(shè)計(jì)還要依賴于側(cè)板面11和半側(cè)面板12的結(jié)構(gòu)。
[0018]若干個側(cè)面板11與半側(cè)面板12通過板間聯(lián)接件15連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的側(cè)面。上頂板13與側(cè)面板11、半側(cè)面板12通過板間聯(lián)接件15連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的頂面。下底板14分別與側(cè)面板11、半側(cè)面板12通過板間聯(lián)接件15連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的底面。在本【具體實(shí)施方式】中，所述板間聯(lián)接件15為角支架，其容易批量生產(chǎn)，設(shè)計(jì)靈活，可根據(jù)需要裁減到一定長度。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化和可重構(gòu)特性，將盡可能多的任務(wù)場景中涉及到的接口都集成到五種部件中，這將有利于大規(guī)模生產(chǎn)。不同的任務(wù)場景只需要選擇五種部件的數(shù)量，其中上頂板13和下底板14要根據(jù)具體的任務(wù)進(jìn)行訂制。
[0020]進(jìn)一步，在側(cè)面板11上，在不與其他結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉的前提下，需整合鉸鏈和釋放機(jī)構(gòu)，用于展開式太陽帆板118 (標(biāo)示于圖3A中)。對于要求展開式太陽帆板118的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中需要考慮的因素有:固定面板上的固定機(jī)構(gòu)；固定面板上的鉸鏈機(jī)構(gòu)；展開面板上的鉸鏈機(jī)構(gòu)；展開面板上的釋放機(jī)構(gòu)。需要權(quán)衡一下展開太陽帆板鉸鏈和固定裝置的位置。他們既可以安裝在側(cè)面板11上也可以安裝在半側(cè)面板12上，甚至兩者的組合，比如鉸鏈在半側(cè)面板12上，固定裝置在側(cè)面板11上。
[0021]本發(fā)明的模塊化可重構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在執(zhí)行航天任務(wù)時，首先根據(jù)任務(wù)確定衛(wèi)星構(gòu)型，然后確定所選擇的側(cè)面板11、半側(cè)面板12、上頂板13、下底板14以及板間聯(lián)接件15的數(shù)量，依照設(shè)計(jì)的衛(wèi)星構(gòu)型進(jìn)行快速拼接與組裝。進(jìn)一步，在任務(wù)設(shè)計(jì)過程中，可以通過改變基礎(chǔ)部件的數(shù)量，調(diào)整衛(wèi)星主體結(jié)構(gòu)，以達(dá)到迭代優(yōu)化的目的。
[0022]下面列舉本發(fā)明兩個實(shí)施例實(shí)施例1
參見圖2A及圖2B，本實(shí)施例提供一個不含推進(jìn)系統(tǒng)的可執(zhí)行于近地軌道任務(wù)的衛(wèi)星平臺。該微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)包括四個側(cè)面板11、四個半側(cè)面板12、一個上頂板13、一個下底板14和二十四個板間聯(lián)接件15。半側(cè)面板12上開有圓孔123，能夠?yàn)楣鈱W(xué)載荷141提供對地觀測視場，可用于地球觀測任務(wù)中。同時，在半側(cè)面板12上還安裝低增益天線124。并且，將有視場要求的單機(jī)，例如星敏感器122等放在半側(cè)面板12上。其它分系統(tǒng)單機(jī)，例如電源控制模塊113、通信模塊114、數(shù)據(jù)命令模塊115、動量輪116等，分別放置在側(cè)面板11內(nèi)表面。
[0023]實(shí)施例2
參見圖3A及圖3B，本實(shí)施例提供一個含推進(jìn)系統(tǒng)的可執(zhí)行于地球同步轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)的衛(wèi)星平臺，為適應(yīng)能源需求，衛(wèi)星平臺安裝兩個展開式太陽能帆板118，并配備推進(jìn)器142，使其具有軌道機(jī)動能力。所述太陽能帆板的展開機(jī)構(gòu)117安裝在側(cè)面板11上。載荷131安裝在上頂板13，其他子系統(tǒng)安裝在側(cè)面板11上。該衛(wèi)星結(jié)構(gòu)總共由六個側(cè)面板11、四個半側(cè)面板12、一個上頂板13、一個下底板14和二十四個板間聯(lián)接件15構(gòu)成。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明的典型實(shí)施案例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，由一組相互配套的可替換的基礎(chǔ)部件組成，所述基礎(chǔ)部件包括側(cè)面板、半側(cè)面板、上頂板、下底板和板間聯(lián)接件；將若干個所述側(cè)面板與若干個所述半側(cè)面板通過所述板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的側(cè)面，所述下底板分別與所述側(cè)面板以及所述半側(cè)面板通過所述板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的底面，所述上頂板分別與所述側(cè)面板以及所述半側(cè)面板通過所述板間聯(lián)接件連接，形成微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的頂面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述側(cè)面板的內(nèi)側(cè)面可作為所述微納衛(wèi)星的子系統(tǒng)安裝面；所述側(cè)面板的外側(cè)面可安裝太陽能電池片，所述側(cè)面板的尺寸的設(shè)計(jì)依據(jù)所述微納衛(wèi)星所需的太陽能電池片面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半側(cè)面板為單機(jī)和載荷提供無遮擋的視場，或者用于安裝小型設(shè)備和單機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上頂板用來封閉衛(wèi)星平臺，安裝載荷，并提供天線的接口，對于載荷裝在所述微納衛(wèi)星內(nèi)部的情況還可以安裝太陽能電池片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下底板用來安裝發(fā)射接口或推進(jìn)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化可重構(gòu)的微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述板間聯(lián)接件采用角支架。
【文檔編號】B64G1/10GK104290920SQ201410524054
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】慕忠成, 王瑋, 吳樹范, 陳雯 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心