隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星平臺領域，具體涉及一種針對具有超精超穩(wěn)要求的航天器而設計 的隨動跟蹤型動靜隔離式衛(wèi)星平臺及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 大型航天器輕質結構柔性大，低頻模態(tài)密集問題日趨明顯，極大約束了控制系統(tǒng) 的帶寬設計；飛輪、陀螺、驅動機構等活動部件誘發(fā)的周期性動態(tài)干擾，則是引起載荷振動 的主要原因。隨著航天器性能要求的提高，輕質結構大柔性和活動部件振動干擾引起的姿 態(tài)控制和顫振抑制問題越來越突出，已經成為后續(xù)先進航天器發(fā)展的主要制約因素。
[0003]目前，針對衛(wèi)星撓性附件抖動和活動部件振動干擾主要有被動和主動兩種控制手 段。被動隔振系統(tǒng)結構簡單，穩(wěn)定可靠，且不需額外提供能源及測量裝置，但低頻抑制效果 差；主動隔振系統(tǒng)理論上有更好的性能，但控制系統(tǒng)復雜，穩(wěn)定性差，且具有水床效應。同 時，基于音圈電機技術，國外發(fā)展了非接觸式無擾隔振平臺，可解決平臺振動干擾問題，但 帶來了航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的復雜性，實際應用困難。目前，不論是傳統(tǒng)的主動被動隔振手 段，還是新近的非接觸無擾隔振方法，都是基于平臺主動控制有效載荷的思想，前者隔振效 果有限，后者結構、控制復雜。為了避開繁瑣眾多的各類平臺振動干擾問題，從方法上系統(tǒng) 解決衛(wèi)星平臺超精超穩(wěn)問題，本發(fā)明提供了一種隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺及其 制作方法。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星平臺及其制作方法，該衛(wèi) 星平臺及其制作方法是基于提出的平臺隨動跟蹤有效載荷的全新思想，以有效載荷為中 心，對其進行超精超穩(wěn)控制，而平臺采用粗控模式隨動跟蹤有效載荷，同時以磁浮實現(xiàn)動靜 隔離為手段，實現(xiàn)有效載荷對平臺振動和干擾響應的完全隔離，可以應用于甚高精度遙感 衛(wèi)星、深空探測天文望遠鏡等攜帶高分辨率敏感有效載荷類航天器，將極大地提高航天器 探測性能。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺，包括：載荷艙、服務 艙和懸浮裝置；
[0006] 懸浮裝置以非接觸形式連接載荷艙和服務艙；懸浮裝置檢測載荷艙與服務艙的相 對位姿信息并傳輸給服務艙，服務艙根據(jù)相對位姿信息抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙，使載 荷艙與服務艙兩艙之間達到期望的相對位姿；
[0007] 懸浮裝置包括：銷-孔式導向限位結構、懸浮機構、鎖緊機構、上法蘭板、下法蘭 板；
[0008] 銷-孔式導向限位結構包括：用于限制載荷艙和服務艙相對位置關系的錐形導向 銷和彈性的限位孔支撐，錐形導向銷與上法蘭板固連，限位孔支撐與下法蘭板固連，限位孔 支撐采用彈性阻尼材料，以保證錐形導向銷和限位孔支撐的軟接觸和彈性壓緊；
[0009] 懸浮機構包括：柱桿、套筒、位置傳感器、電磁單元、閾值判斷單元，間隙配合的柱 桿、套筒分別與上法蘭板、下法蘭板固連，位置傳感器用于實時測量柱桿和套筒之間的相對 位置關系，防止柱桿和套筒之間碰撞；
[0010] 閾值判斷單元用于在判斷到柱桿和套筒之間的間隙超出規(guī)定的范圍時，觸發(fā)電磁 單元產生電磁斥力或引力，促使柱桿和套筒間隙恢復至規(guī)定的范圍內；
[0011] 鎖緊機構安裝連接在上法蘭板與下法蘭板之間，并能夠通過爆炸螺栓解鎖；
[0012] 懸浮裝置通過上法蘭板、下法蘭板分別與載荷艙、服務艙固連。
[0013] 優(yōu)選地，載荷艙包括：陀螺、星敏感器、磁懸浮飛輪、有效載荷、有效載荷控制單 元；
[0014] 有效載荷控制單元根據(jù)陀螺、星敏感器提供的有效載荷指向信息產生動作指令， 以驅動磁懸浮飛輪，使有效載荷達到預期的指向；
[0015] 服務艙包括相對姿態(tài)控制單元、外部執(zhí)行機構，相對姿態(tài)控制單元用于根據(jù)懸浮 裝置檢測到的載荷艙與服務艙的相對位姿信息，控制外部執(zhí)行機構抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載 荷艙，使載荷艙與服務艙達到期望的相對位姿。
[0016] 優(yōu)選地，所述隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺至少具有如下任一種或任多種 工作模式：
[0017] -發(fā)射模式；
[0018] -超精超穩(wěn)模式；
[0019] -防碰模式；
[0020] -機動模式；
[0021] 所述發(fā)射模式，是指懸浮裝置的鎖緊機構處于鎖定狀態(tài)，載荷艙和服務艙為一體 結構，由服務艙外部執(zhí)行機構實施軌道機動和姿態(tài)調整，懸浮機構處于斷電狀態(tài)；
[0022] 所述超精超穩(wěn)模式，是指懸浮裝置的鎖緊機構已經通過爆炸螺栓解鎖，載荷艙和 服務艙為懸浮連接的兩體結構，懸浮機構處于斷電狀態(tài)，且其柱桿和套筒之間的間隙在規(guī) 定的范圍內；此時，載荷艙通過磁懸浮飛輪實現(xiàn)有效載荷的指向，服務艙通過外部執(zhí)行機構 抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙，使兩艙達到期望的相對位姿，且相對位姿變化不會產生電磁 力，服務艙振動和干擾不會傳輸至載荷艙；
[0023] 所述防碰模式，是指當閾值判斷單元判斷出懸浮機構的柱桿和套筒之間的間隙超 出規(guī)定閾值判斷單元所允許的范圍時，電磁單元自動通電以產生電磁斥力或引力，防止柱 桿和套筒相撞，電磁單元并和服務艙外部執(zhí)行機構共同作用，促使柱桿和套筒間隙恢復至 規(guī)定的范圍內；此外，若懸浮機構自身電磁力和服務艙外部執(zhí)行機構共同作用仍不能阻止 柱桿和套筒的碰撞趨勢時，懸浮裝置的銷-孔式導向限位結構會先行軟接觸，以防止懸浮 機構發(fā)生硬碰撞損壞；
[0024] 所述機動模式，是指衛(wèi)星需要實施快速軌道或姿態(tài)機動時，電磁單元產生電磁引 力，使柱桿和套筒不斷接近，直至銷-孔式導向限位結構的導向銷進入限位孔并處于軸向 軟接觸狀態(tài)，并且導向銷進一步壓緊彈性限位孔支撐，直至達到規(guī)定的壓緊力，實現(xiàn)載荷艙 和服務艙的電磁鎖緊，衛(wèi)星由兩體結構變?yōu)橐惑w結構，以便于實施快速軌道或姿態(tài)機動操 作。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種隨動跟蹤型動靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺的制作方法，其包括 步驟：制作懸浮裝置，使懸浮裝置以非接觸形式連接載荷艙和服務艙；
[0026] 懸浮裝置檢測載荷艙與服務艙的相對位姿信息并傳輸給服務艙，服務艙根據(jù)相對 位姿信息抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙，使載荷艙與服務艙兩艙之間達到期望的相對位姿；
[0027] 懸浮裝置包括：銷-孔式導向限位結構、懸浮機構、鎖緊機構、上法蘭板、下法蘭 板；
[0028] 銷-孔式導向限位結構包括：用于限制載荷艙和服務艙相對位置關系的錐形導向 銷和彈性的限位孔支撐，錐形導向銷與上法蘭板固連，限位孔支撐與下法蘭板固連，限位孔 支撐采用彈性阻尼材料，以保證錐形導向銷和限位孔支撐的軟接觸和彈性壓緊；
[0029] 懸浮機構包括：柱桿、套筒、位置傳感器、電磁單元、閾值判斷單元，間隙配合的柱 桿、套筒分別與上法蘭板、下法蘭板固連，位置傳感器用于實時測量柱桿和套筒之間的相對 位置關系，防止柱桿和套筒之間碰撞；
[0030] 閾值判斷單元用于在判斷到柱桿和套筒之間的間隙超出規(guī)定的范圍時，觸發(fā)電磁 單元產生電磁斥力或引力，促使柱桿和套筒間隙恢復至規(guī)定的范圍內；
[0031] 鎖緊機構安裝連接在上法蘭板與下法蘭板之間，并能夠通過爆炸螺栓解鎖；
[0032] 懸浮裝置通過上法蘭板、下法蘭板分別與載荷艙、服務艙固連。
[0033] 優(yōu)選地，載荷艙包括：陀螺、星敏感器、磁懸浮飛輪、有效載荷、有效載荷控制單 元；
[0034] 有效載荷控制單元根據(jù)陀螺、星敏感器提供的有效載荷指向信息產生動作指令， 以驅動磁懸浮飛輪，使有效載荷達到預期的指向；
[0035] 服務艙包括相對姿態(tài)控制單元、外部執(zhí)行機構，相對姿態(tài)控制單元用于根據(jù)懸浮 裝置檢測到的載荷艙與服務艙的相對位姿信息，控制外部執(zhí)行機構抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載 荷艙，使載荷艙與服務艙達到期望的相對位姿。
[0036] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0037] 1)該衛(wèi)星平臺采用平臺隨動跟蹤有效載荷的全新思想，以有效載荷為中心，對其 進行超精超穩(wěn)控制，而平臺采用隨動跟蹤有效載荷的粗控模式；
[0038] 2)該衛(wèi)星平臺以動靜隔離為手段，將衛(wèi)星劃分為載荷艙和服務艙兩