專利名稱：有效載荷模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有效載荷模塊。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種可以用在太空用途中的非平面有效載荷模塊。
背景技術(shù)：
對(duì)于衛(wèi)星有效載荷結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前構(gòu)思在于將有效載荷設(shè)備布置在鋁夾層板上。許多這種板構(gòu)成所謂的通信模塊(CM)的組件。通常通過(guò)將散熱單元設(shè)置在(a)南北面對(duì)的散熱板上以及(b)通過(guò)熱管或泵送回路與南北面對(duì)散熱器熱連接的內(nèi)部板(通常為地板)上的組合來(lái)解決散熱。
已知的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)在于由基于平板的結(jié)構(gòu)所提供的基本上2-D布局，這導(dǎo)致rf電線長(zhǎng)度自然較長(zhǎng)并且rf效率降低；采用封裝嵌入件來(lái)將設(shè)備安裝在復(fù)合板上的制造和組裝昂貴；平板結(jié)構(gòu)，它依賴于飛船結(jié)構(gòu)或外部操縱框架以提供平面外剛度和整體結(jié)構(gòu)完整性(導(dǎo)致更高的成本，因?yàn)榉?wù)模塊(SM)/CM相互作用，CM/SM接口復(fù)雜性和/或復(fù)雜的CM/SM組件，總裝測(cè)試試驗(yàn)(AIT))。


圖1示意性地顯示出通常如何使用標(biāo)準(zhǔn)飛船有效載荷來(lái)控制廢熱的產(chǎn)生。如所示一樣，有效載荷1從其總線接收電能并且將所接收到的能量轉(zhuǎn)變成電磁輻射的發(fā)射和接收。在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程期間由有效載荷1產(chǎn)生出廢熱。
圖2示意性地顯示出熱量如何從在近赤道軌道運(yùn)行普通飛船的南/北面對(duì)的散熱器板3上的散熱有效載荷設(shè)備2流出。如圖所示，例如熱量從兩個(gè)散熱有效載荷設(shè)備2傳導(dǎo)至板3的表面，然后從該板3與太空相對(duì)的表面將熱量散發(fā)出。該有效載荷設(shè)備機(jī)械安裝在南/北面對(duì)板上，它們是最冷的，在全年中看到了最小的太陽(yáng)能照射。通常，這些板厚為15至25mm。這些板由具有高強(qiáng)度質(zhì)量比但是導(dǎo)熱性較差的復(fù)合材料制成。地球自轉(zhuǎn)相對(duì)于其圍繞著太陽(yáng)的軌道面的傾斜意味著南北面對(duì)板在夏季和冬季期間交替地接收到最大大約為60W/m2的太陽(yáng)照射。
圖3為標(biāo)準(zhǔn)飛船板布置10的平面圖，顯示出典型的功能和在設(shè)備之間的互連。如在該圖中只是以實(shí)施例的方式所示一樣，有效載荷面板結(jié)構(gòu)具有帶有雙工器12的散熱元件11，該雙工器又與功率放大器13、濾波器14和分裂器15以及功率合成器16的組合連接。這些設(shè)備主要產(chǎn)生出散熱。要理解的是，散熱器面積在使用沒(méi)有得到完全利用，因?yàn)榉巧嵩O(shè)備占據(jù)了空間，并且在面板上的橫向熱流較差。還要指出的是，面板尺寸通常大于2平方米，這導(dǎo)致在散熱元件11和功率放大器13之間的無(wú)效連接較長(zhǎng)。
圖4為另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)飛船面板布局20的示意圖，顯示出通常如何將正交熱管嵌入在面板內(nèi)。在該已知的布局中，與在圖2布局中相比，改善了橫越面板的熱流，從而使得散熱器面積能夠由發(fā)熱設(shè)備完全使用。通常，嵌入的管道的傳熱能力幾乎好于所需能力的十倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服或者至少明顯降低一些與已知結(jié)構(gòu)相關(guān)的上述問(wèn)題。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種牢固的三維有效載荷模塊式結(jié)構(gòu)，它能夠在有或沒(méi)有反射器的情況下有效支撐全部有效載荷。
本發(fā)明的另一個(gè)主要目的在于提供一種例如用于飛船的三維自容納有效載荷模塊，它能夠作為單獨(dú)整體組裝和/或測(cè)試。
本發(fā)明的另一個(gè)主要目的在于提供一種緊湊而簡(jiǎn)單的有效載荷模塊，它具有幾個(gè)零部件、輸出損耗較低、模塊化較高并且散熱效率較高。
在廣義上，本發(fā)明基于提供一種非平面有效載荷模塊結(jié)構(gòu)的構(gòu)思，該結(jié)構(gòu)構(gòu)成為支撐包括充分緊密包裝的機(jī)械/熱模塊的整個(gè)有效載荷。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了相互連接以形成一非平面有效載荷模塊的多個(gè)充分緊密包裝的功能單元。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種非平面有效載荷模塊，它包括用于支撐有效載荷設(shè)備的一支撐結(jié)構(gòu)；以及用于接收有效載荷設(shè)備的一接收空間，所述空間由容納預(yù)定的互連功能單元的充分緊密包裝構(gòu)造的要求所限定。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種非平面有效載荷模塊，它包括用于機(jī)械支撐多個(gè)互連功能單元的一支撐結(jié)構(gòu)；所述多個(gè)功能單元布置成提供占據(jù)了預(yù)定模塊體積的充分緊密包裝模塊構(gòu)造；多個(gè)散熱器，它們相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)的位置設(shè)置在遠(yuǎn)處；以及可操作用來(lái)限定在所述模塊的一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱元件和所述多個(gè)散熱器之間的熱通道的裝置，從而在使用中散發(fā)出的熱量從所述一個(gè)或多個(gè)元件經(jīng)由熱通道傳遞給所述多個(gè)散熱器。
根據(jù)將在后面詳細(xì)說(shuō)明的本發(fā)明示例性實(shí)施方案，該非平面有效載荷模塊由用于容納組成功能單元的多面管狀體構(gòu)成?？蛇x的是，該多面管狀體具有不規(guī)則多邊形結(jié)構(gòu)，例如該多面管狀體可以為八邊形形狀，它具有圍繞著由主體限定的開(kāi)口成不規(guī)則八邊形布置的八個(gè)單元，并且具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)和設(shè)備安裝件。要指出的是，該多面管狀體原則上可以為任意合適形狀和結(jié)構(gòu)，它為(a)功能單元加上連接導(dǎo)線以及(b)充分的結(jié)構(gòu)支撐提供了具有足夠尺寸和數(shù)量的面。
優(yōu)選的是，該有效載荷模塊包括用于將電子轉(zhuǎn)變成光子或反之亦然的饋源裝置。優(yōu)選的是，在該模塊由多面管狀體構(gòu)成時(shí)，這些功能單元安裝在多面體的多個(gè)內(nèi)表面上的不同預(yù)定位置處，并且相關(guān)的饋源位置與功能單元成最接近關(guān)系安裝在多面體的相應(yīng)外表面上的不同預(yù)定位置處。該布置的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)將功能單元與饋源緊密鄰接地充分緊密包裝進(jìn)管狀體從而降低了在輸出導(dǎo)線(放大器到饋源)的損耗。可選的是，必要時(shí)，可以將功能單元安裝在多面體的多個(gè)外表面上的不同預(yù)定位置處，并且可以將相關(guān)的饋源位置與功能單元成最接近關(guān)系地安裝在多面體的相應(yīng)內(nèi)表面上的不同預(yù)定位置處。
根據(jù)將在下面詳細(xì)描述的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案，該非平面有效載荷模塊由架式安裝底盤構(gòu)成。一般來(lái)說(shuō)，接收空間由底盤限定以容納功能單元的線性陣列，每個(gè)單元在使用中可滑動(dòng)地安裝在底盤上。這使得能夠提供緊湊的模塊結(jié)構(gòu)。
一般來(lái)說(shuō)，該模塊包括溫度補(bǔ)償裝置例如熱管和電路，它能夠收集由功能單元散發(fā)出的熱量并且可以響應(yīng)于散發(fā)出的熱量輸出來(lái)調(diào)節(jié)模塊中的溫度差。
本發(fā)明還延伸至結(jié)合有上述模塊的太空飛船/衛(wèi)星。在應(yīng)用于衛(wèi)星時(shí)，本發(fā)明提出用于控制由衛(wèi)星有效載荷產(chǎn)生出的廢熱的有效裝置。
另外，本發(fā)明延伸至結(jié)合有上述模塊的用于空中使用的通信系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明延伸至結(jié)合有上述模塊的雷達(dá)通信系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明延伸至結(jié)合有上述模塊的光學(xué)/準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明延伸至自包含有效載荷模塊，它具有外部能源裝置并且用于將模塊定位在所期望的位置中的外部定位裝置。
因此要理解的是，上述有效載荷模塊構(gòu)思在各個(gè)方面中提供了明確的優(yōu)點(diǎn)，即一種有效載荷模塊結(jié)構(gòu)，它通過(guò)與饋源緊挨著將功能單元充分緊密包裝在該結(jié)構(gòu)中從而降低/減小了在輸出導(dǎo)線(放大器到饋源)中的損耗-這意味著有效降低了有效載荷的低效率，并且它還能夠用來(lái)降低放大器的尺寸以及功率升高和散熱方面(在適用于例如飛船/衛(wèi)星時(shí))或者提高有效載荷的性能；一種有效載荷模塊結(jié)構(gòu)，它提高了在平臺(tái)和有效載荷之間并且在有效載荷類型之間的模塊性；一種有效載荷模塊結(jié)構(gòu)，它簡(jiǎn)化了有效載荷安裝結(jié)構(gòu)，降低了零部件數(shù)量，促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)化程度提高并且降低了整體定制成本；以及一種有效載荷模塊結(jié)構(gòu)，它在應(yīng)用于飛船時(shí)通過(guò)確保例如從北或南散熱器完全散熱從而能夠有效/最優(yōu)使用散熱器區(qū)域。
還要理解的是，所提出的有效載荷模塊構(gòu)思在應(yīng)用于飛船上時(shí)提供了(a)一種堅(jiān)固尺寸緊湊的三維(而不是平面)結(jié)構(gòu)，它能夠支撐除了反射器之外的全部有效載荷，(b)遠(yuǎn)程散熱器和(c)熱系統(tǒng)，它收集了來(lái)自有效載荷設(shè)備的散熱，在組成模塊結(jié)構(gòu)單元之間保持了任意規(guī)定的溫度差并且從這些單元將散發(fā)出的熱量傳送給散熱器。要理解的是，這些散熱器與模塊單元分開(kāi)并且可以包括遠(yuǎn)程南北面對(duì)散熱器。使該模塊的設(shè)備安裝功能與散熱器功能分開(kāi)的特別優(yōu)點(diǎn)在于，它能夠明顯提高模塊性和散熱器效率。盡管認(rèn)識(shí)到使模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)備安裝功能與散熱器功能分開(kāi)具有使從模塊的發(fā)熱單元到散熱器的熱通道復(fù)雜化的作用，但是本發(fā)明人已經(jīng)聰明地利用了這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
一般來(lái)說(shuō)，必要時(shí)，在飛船中實(shí)施上述類型的較小“附加”或試驗(yàn)有效載荷模塊包裝是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。該有效載荷模塊然后用作自主的背負(fù)式類型的包裝。
要理解的是，所提出的模塊具有簡(jiǎn)化靈活并且在機(jī)械方面堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，并且很容易以合理的成本實(shí)施在各種基于太空的用途中。必要時(shí)，所提出的模塊設(shè)計(jì)同樣可以用于陸地通信用途中。
本發(fā)明的上面和其它特征在所附權(quán)利要求中具體給出并且在下面將參照這些附圖進(jìn)行說(shuō)明。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為標(biāo)準(zhǔn)飛船有效載荷的示意圖，顯示出如何使用它來(lái)控制廢熱的產(chǎn)生；圖2示意性地顯示出在傳統(tǒng)的軌道運(yùn)行飛船上熱量通常如何從有效載荷設(shè)備流向面板；圖3為標(biāo)準(zhǔn)飛船面板布局的示意性平面圖，顯示出典型功能和在設(shè)備之間的相互連接；圖4為另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)飛船面板布局的示意圖，顯示出通常如何將正交熱管嵌入在面板內(nèi)；圖5為裝配以提供實(shí)施本發(fā)明的有效載荷模塊的有效載荷設(shè)備的集合的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的用于附加的多面管結(jié)構(gòu)或試驗(yàn)有效負(fù)載模塊的透視圖；
圖7為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的具有功能單元的多面管有效載荷模塊的頂部平面圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的C波段有效載荷模塊的透視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的應(yīng)用于在典型飛船平臺(tái)上的C波段和Ku波段有效載荷上的兩個(gè)多面管有效載荷模塊結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖10(a)和10(b)提供了應(yīng)用于相同太空任務(wù)的兩個(gè)有效載荷結(jié)構(gòu)的示意性比較，圖10(a)顯示出一般構(gòu)造在典型飛船平臺(tái)上的地球同步軌道移動(dòng)(Geo-mobile)有效載荷，并且圖10(b)顯示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的五個(gè)多面管有效載荷模塊，這些都應(yīng)用于與在圖10(a)中相同的平面；并且圖11為提供根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的有效載荷模塊的架式安裝有效載荷設(shè)備的組件的透視圖。
具體實(shí)施例方式
在該說(shuō)明書中，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，術(shù)語(yǔ)“有效載荷模塊”意味著或涵蓋這樣一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，有效載荷設(shè)備被緊密包裝成一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)機(jī)械/熱包裝件或模塊。
還有，在該說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“非平面”將用來(lái)限定所提出的有效載荷模塊的維數(shù)，只要它用于指代三維(3-D)模塊結(jié)構(gòu)(而不是二維(2-D)平面模塊結(jié)構(gòu))。
還有，在該說(shuō)明書中術(shù)語(yǔ)“功能單元”將被理解為表示整個(gè)有效載荷設(shè)備或除了機(jī)械和熱支撐部件之外的有效載荷設(shè)備的子集。在這方面，要理解的是，術(shù)語(yǔ)“有效載荷”指的是將由總線(通常為來(lái)自太陽(yáng)能面板的飛船總線)產(chǎn)生出的電能轉(zhuǎn)換成電磁輻射的發(fā)射和接收的設(shè)備集合。輻射可以包含由于長(zhǎng)途通信的數(shù)據(jù)或者如在RADAR/LIDAR用途中一樣直接用于測(cè)距。要理解的是，術(shù)語(yǔ)“有效載荷”也可以指代主要組織用來(lái)只是接收電磁輻射的設(shè)備的集合。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，該圖示意性地顯示出體現(xiàn)了本發(fā)明的用于飛船的優(yōu)選有效載荷模塊組件40。在圖5中通常表示為方框集合的該有效載荷模塊組件40包括以EM輻射元件45形式的一緊密包裝有效載荷元件集合、一雙工器46、一低噪輸入放大器47、多個(gè)功率放大器48、一功率合成器49、一濾波器分離器段50和一頻率轉(zhuǎn)換段51。這種緊密包裝模塊布置40一般允許在各個(gè)有效載荷設(shè)備之間形成短距離有效連接。
如圖5所示，該有效載荷模塊組件40與熱管55連接，這些熱管又與飛船的北/南面對(duì)的散熱器面板57、58連接。在該布置中，有效載荷模塊組件40遠(yuǎn)離北/南面對(duì)散熱器57、58設(shè)置。
在這樣所述的緊密包裝模塊布置的操作中，要理解的是熱量通過(guò)傳導(dǎo)從模塊的發(fā)熱有效載荷設(shè)備傳遞給熱管55(如所示一樣)，然后該熱量通過(guò)熱管55傳遞給散熱器面板57、58。如所示一樣，熱量然后由這些面板散發(fā)到太空中。要指出的是，如所示一樣，所提出的在南北面對(duì)散熱器面板之間的對(duì)稱熱連接能夠有效地控制在夏季和冬季中的太陽(yáng)能增益。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案中，要理解的是，不需要任何將有效載荷設(shè)備機(jī)械固定在散熱器面板上，消除了結(jié)構(gòu)載荷并且允許使用輕型面板。在所期望的情況下，可以將一組平行熱管嵌入在面板中(未示出)。
圖6顯示出本發(fā)明的第二實(shí)施方案，其中在傳統(tǒng)衛(wèi)星72上配置有用于附加的規(guī)則多面管結(jié)構(gòu)70或試驗(yàn)有效負(fù)載模塊。在該實(shí)施方案中，有效載荷設(shè)備按照緊密包裝方式(如前面針對(duì)圖5實(shí)施方案所描述的一樣)構(gòu)造在多面管70內(nèi)，按照與饋源塔(feed tower)類似的方式位于衛(wèi)星上。在管70的內(nèi)表面上，功能單元安裝在沿著管長(zhǎng)度排列的熱管(未示出)上?？蛇x的是，如果期望的話，這些功能單元可以在管(未示出)的外表面上安裝在熱管上，并且饋源(feed)可以安裝在管(未示出)的內(nèi)表面上?？蛇x的是，必要時(shí)，功能單元可以在管(未示出)的外表面上安裝在熱管上，并且饋源可以安裝在管(未示出)的內(nèi)表面上。雖然在該實(shí)施方案中的多面結(jié)構(gòu)顯示出為規(guī)則六邊形管70，但是該管子任選可以為不同形狀和結(jié)構(gòu)，它為功能單元加上連接導(dǎo)線以及足夠的結(jié)構(gòu)支撐提供具有足夠尺寸和數(shù)量的面。例如，多面管可以代替為厚皮(通常為4mm)碳纖維加強(qiáng)塑料(CFRP)規(guī)則或不規(guī)則八邊形管(未示出)，并且結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝件用穿過(guò)設(shè)備凸緣和管層壓件進(jìn)入到簡(jiǎn)單螺母中的螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在這樣所述的圖6布置的操作中，要理解的是，可以使用縱向熱管(未示出)來(lái)收集發(fā)出的熱量并且確保在相同面上的單元之間的較小溫差。要指出的是，用于總散熱量的較小部分的遠(yuǎn)程散熱器(未示出)可以為以下組合中的一個(gè)或多個(gè)安裝在多面管上的專用散熱器；安裝在衛(wèi)星平臺(tái)上的專用散熱器或一段衛(wèi)星Y壁散熱器，與主衛(wèi)星有效載荷共享。還要指出的是，所提出的從管安裝熱管將熱量傳遞給遠(yuǎn)程散熱器的方法可以采用以下方式實(shí)現(xiàn)在熱管和遠(yuǎn)程散熱器之間的直接連接或者使用流體回路的間接連接。
圖7顯示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的頂部平面圖，其中完全地球同步衛(wèi)星有效載荷構(gòu)成為提供多個(gè)多面管有效載荷模塊80。
每個(gè)多面管有效載荷模塊80位于靠近其相關(guān)所需饋源位置85的合適位置處以便降低/減小rf導(dǎo)線損耗，從而有效地實(shí)現(xiàn)有效載荷至平臺(tái)的模塊化。如所示一樣，將相關(guān)饋源85適當(dāng)?shù)貥?gòu)造到多面管86的多個(gè)外表面上。
這些功能單元在管的內(nèi)表面上安裝在沿著管長(zhǎng)度排列的熱管(未示出)上?？蛇x的是，必要時(shí)，功能單元可以在管(未示出)的外表面上安裝在熱管上。
雖然在該實(shí)施方案中的多面結(jié)構(gòu)顯示出為規(guī)則八邊形管86，但是該管任選可以為不同的形狀和結(jié)構(gòu)，它們?yōu)?a)功能性單元加連接導(dǎo)線和為(b)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)支撐提供足夠尺寸和數(shù)量的面。舉例來(lái)說(shuō)，多面管也可以是厚皮層(4mm)CFRP七邊形管(未顯示)，結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝件用穿過(guò)設(shè)備凸緣和管層壓件進(jìn)入到簡(jiǎn)單螺母中的螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在這樣所述的圖7布置的操作中，要理解的是，可以使用縱向熱管(未示出)來(lái)收集散發(fā)出的熱量并且確保在相同面上的單元之間的溫度差較小。用于近乎100％的有效載荷散發(fā)出的熱量的最佳遠(yuǎn)程散熱器(未示出)為沿著南北方向面對(duì)的專用固定或可展開(kāi)散熱器?？梢允褂迷跓峁芎瓦h(yuǎn)程散熱器之間的直接連接或利用流體回路的間接連接來(lái)實(shí)現(xiàn)從管安裝熱管將熱量傳遞給遠(yuǎn)程散熱器的方法。要指出的是，更復(fù)雜昂貴的流體回流可以使得這些模塊能夠在更寬的范圍或取向中構(gòu)成，但是可以提出充分的結(jié)構(gòu)，其中這些模塊位于饋源高度處，在平臺(tái)上方，并且如此取向，從而每個(gè)管的縱向軸線與衛(wèi)星北/南軸線平行。該結(jié)構(gòu)使得能夠用簡(jiǎn)單的L形熱管來(lái)實(shí)現(xiàn)熱傳遞，并且熱管的較長(zhǎng)部分用螺栓固定在功能單元的邊沿上(在管子內(nèi))，并且該L形熱管的另一個(gè)臂用螺栓直接固定在南和北散熱器的一個(gè)或另一個(gè)上。
接下來(lái)參照?qǐng)D8，該圖以透視圖顯示出體現(xiàn)本發(fā)明的用于衛(wèi)星的C波段有效載荷模塊90。該C波段有效載荷模塊90包括在圖7中所述的那種多面管結(jié)構(gòu)91、沿著南北方向面對(duì)的一對(duì)遠(yuǎn)程散熱器92以及用于從多面管結(jié)構(gòu)將熱量傳遞給遠(yuǎn)程散熱器的熱管95的連接網(wǎng)絡(luò)。如所示一樣，在多面管結(jié)構(gòu)91內(nèi)的功能單元位于在平臺(tái)上方的饋源96的高度處，并且如此取向，從而管狀結(jié)構(gòu)的縱向軸線與衛(wèi)星南/北軸線平行。還有如所示一樣，這些熱管為L(zhǎng)形，并且熱管的較長(zhǎng)部分用螺栓固定在功能單元的邊沿上(在多面管內(nèi))，并且該L形熱管的另一個(gè)臂用螺栓直接固定在南北面對(duì)的散熱器92的一個(gè)或另一個(gè)上。這樣，在有效載荷模塊90的操作期間可以實(shí)現(xiàn)有效的熱傳遞。還要理解的是，這些熱管95在使用中用來(lái)收集散發(fā)出的熱量，并且與控制電路(未示出)組合確保在相同面上的單元之間的溫度差較小。在該圖中要指出的是，為了清楚起見(jiàn)沒(méi)有顯示出所有面。
接下來(lái)參照?qǐng)D9，該圖以分解透視圖顯示出體現(xiàn)本發(fā)明的用于在典型平臺(tái)101上的衛(wèi)星的C波段和Ku波段有效載荷模塊100。在該實(shí)施方案中，如所示一樣，C波段和Ku波段有效載荷模塊100每個(gè)都具有前面在圖7中所述的那種多面管結(jié)構(gòu)102的優(yōu)點(diǎn)。如所示一樣，存在兩個(gè)單獨(dú)多面管，并且每個(gè)多面管102在結(jié)構(gòu)上由平臺(tái)101支撐以便直接設(shè)置在南/北面對(duì)的散熱器板103的一個(gè)或另一個(gè)頂部上。還有如所示一樣，相關(guān)的饋源一般緊挨著多面管102安裝。為了完整性緣故，另外顯示出供該結(jié)構(gòu)使用的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)反射器105。
圖10(a)和10(b)提供了用于相同太空任務(wù)的兩個(gè)有效載荷結(jié)構(gòu)的直接示例性比較，圖10(a)顯示出一般構(gòu)造在典型平臺(tái)111上的地球同步軌道移動(dòng)有效載荷110，并且圖10(b)顯示出五個(gè)互連的前面在圖7中所示的那種多面管112(具有功能單元)可以作為有效載荷模塊有效構(gòu)造在與在圖10(a)中相同的平臺(tái)111上。
如在圖10(a)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所示一樣，有效載荷分布在結(jié)構(gòu)110的整個(gè)防火墻上。要指出的是，在該情況中饋源115安裝在結(jié)構(gòu)110的頂端處。
相反，在圖10(b)的實(shí)施方案的發(fā)明結(jié)構(gòu)中所示一樣，有效載荷以緊密包裝形式有效分布在五個(gè)多面管112上，并且相關(guān)的饋源115′緊挨著安裝在上方。因此，因?yàn)樵谠摻Y(jié)構(gòu)中存在這種有效載荷設(shè)備(功能單元)的有效緊密包裝，所以可以提供緊湊但兼顧的用于支撐整個(gè)有效載荷的三維有效載荷模塊結(jié)構(gòu)。要指出的是在這方面結(jié)構(gòu)尺寸從圖10(a)的結(jié)構(gòu)至圖10(b)的結(jié)構(gòu)明顯降低。為了這些附圖的清楚，按比例還顯示出一人。
圖11以透視圖顯示出提供了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的有效載荷模塊120的架式安裝有效載荷設(shè)備(所有都為標(biāo)準(zhǔn)尺寸)的組件。
如所示一樣，具有底盤的架式安裝模塊120具有矩形箱形結(jié)構(gòu)，塔形成為限定了用于容納多個(gè)功能單元的體積空間。這些單元可以采取例如印刷電路板形式。因此在使用中，預(yù)計(jì)將兩個(gè)或多個(gè)單元并排可滑動(dòng)地安裝到架式安裝底盤上。該底盤由合適的材料(例如鋁)形成。這樣，必要時(shí)這些單元的線性陣列可以由模塊120容納。
還如所示一樣，以兩個(gè)饋電天線125形式的相關(guān)饋源在頂部直接安裝在模塊結(jié)構(gòu)120上。其實(shí)際位置將取決于具體的天線幾何形狀。要理解的是，可以很容易提供具有用于調(diào)節(jié)在模塊結(jié)構(gòu)的組成部件之間的溫度差的溫度補(bǔ)償裝置的有效熱傳遞機(jī)構(gòu)，并且該圖顯示出實(shí)現(xiàn)這種的一種方式，更具體地說(shuō)該圖顯示出如何可以將熱管接口126設(shè)置在模塊120和散熱器板127之間。
雖然已經(jīng)這樣參照各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是要理解的是，這些實(shí)施方案在所有方面都是舉例說(shuō)明，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以有許多變型和變化。例如，雖然在圖7所示的實(shí)施方案中，多面管具有規(guī)則八邊形結(jié)構(gòu)，但是該管子例如可以任選具有規(guī)則的不同多邊形結(jié)構(gòu)，或者圓形結(jié)構(gòu)，或者橢圓形結(jié)構(gòu)或者必要時(shí)為不同的扁形結(jié)構(gòu)，只要存在具有足夠尺寸和數(shù)量的面用于功能單元和充分的結(jié)構(gòu)支撐。另外，雖然對(duì)于圖9實(shí)施方案只是描述了兩個(gè)單獨(dú)多面管，但是必要時(shí)可以通過(guò)例如設(shè)置額外的多面管并且必要時(shí)通過(guò)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的變化來(lái)改變所述布置。另外，雖然在圖10(b)的所述實(shí)施方案中存在五個(gè)連接的多面管，但是必要時(shí)可以很容易將該布置改變?yōu)槿菁{或多或少的相連的多面管。另外，雖然在圖11所述的實(shí)施方案中，功能單元單獨(dú)安裝到架式安裝底盤上，但是必要時(shí)同樣可以將這些單元形成為有效載荷模塊的整體組成部分。
還要理解的是，通過(guò)使兩個(gè)或多個(gè)功能單元與非平面互連件鄰接而形成的任意有效載荷結(jié)構(gòu)都落入在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
還要理解的是，本發(fā)明的有效載荷模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)用于各種基于太空的用途中以及在各種陸地用途中，例如用在雷達(dá)/空中通信系統(tǒng)中，以及用在光學(xué)/準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)中。
要理解的是，針對(duì)任一個(gè)實(shí)施方案所述的任意特征可以單獨(dú)使用或者與所述的其它特征結(jié)合，并且還可以與任意其它實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)特征接合使用，或者為任意其它實(shí)施方案的任意組合。
另外，在不脫離在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明范圍的情況下也可以采用上面沒(méi)有描述的等同方案和變型。
權(quán)利要求
1.相互連接以形成一非平面有效載荷模塊的多個(gè)充分緊密包裝的功能單元。
2.一種非平面有效載荷模塊，它包括一支撐結(jié)構(gòu)，用于支撐有效載荷設(shè)備；以及一接收體積，用于接收有效載荷設(shè)備，所述體積由容納預(yù)定的互連功能單元的充分緊密包裝構(gòu)造的要求所限定。
3.一種非平面有效載荷模塊，它包括用于機(jī)械支撐多個(gè)互連功能單元的一支撐結(jié)構(gòu)；所述多個(gè)功能單元布置成提供占據(jù)了預(yù)定模塊體積的充分緊密包裝模塊構(gòu)造；多個(gè)散熱器，它們相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)的位置設(shè)置在遠(yuǎn)處；以及可操作用來(lái)限定在所述模塊的一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱元件和所述多個(gè)散熱器之間的熱通道的裝置，從而在使用中散發(fā)出的熱量從所述一個(gè)或多個(gè)元件經(jīng)由熱通道傳遞給所述多個(gè)散熱器。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的模塊，它包括用于接收所述單元的多面管狀體。
5.如權(quán)利要求4所述的模塊，其中所述多面體具有一種不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的模塊，它包括用于將電子轉(zhuǎn)換成光子或反之亦然的饋源裝置。
7.如權(quán)利要求4或5或6所述的模塊，其中所述功能單元安裝在多面體的多個(gè)內(nèi)表面上的不同預(yù)定位置處，并且相關(guān)的饋源位置與功能單元成鄰接關(guān)系安裝在多面體的相應(yīng)外表面上的多個(gè)預(yù)定位置處。
8.如權(quán)利要求4或5或5所述的模塊，其中所述功能單元安裝在多面體的多個(gè)外表面上的不同預(yù)定位置處，并且相關(guān)的饋源位置與功能單元成鄰接關(guān)系安裝在多面體的相應(yīng)內(nèi)表面上的多個(gè)預(yù)定位置處。
9.如權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的模塊，其中圍繞著由多面體限定的開(kāi)口具有以八邊形布置的八個(gè)功能單元。
10.如權(quán)利要求1或2或3所述的模塊，還包括一架式安裝底盤。
11.如權(quán)利要求10所述的模塊，其中接收體積空間由底盤限定以容納功能單元的線性陣列，每個(gè)單元在使用中可滑動(dòng)地安裝在底盤上。
12.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的模塊，它包括溫度補(bǔ)償裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的模塊，其中所述溫度補(bǔ)償裝置包括多個(gè)用于收集由功能單元散發(fā)出的熱量的熱管以及響應(yīng)于散熱輸出來(lái)調(diào)節(jié)在模塊中的溫度差的電路。
14.一種結(jié)合有如在前面權(quán)利要求任一項(xiàng)中所述的模塊的飛船工具或衛(wèi)星。
15.一種結(jié)合有如在權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)中所述的模塊的供空中使用的通信系統(tǒng)。
16.一種結(jié)合有如在權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)中所述的模塊的雷達(dá)通信系統(tǒng)。
17.一種結(jié)合有如在權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)中所述的模塊的光學(xué)/準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。
18.一種基本上如在這里參照這些附圖的圖5至11所述的模塊。
19.一種自包含有效載荷模塊，它具有外部能源裝置并且用于將模塊定位在所期望的位置中的外部定位裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了多個(gè)充分緊密包裝的功能單元，它們相互連接以形成一非平面有效載荷模塊組件(40)。優(yōu)選的是，該有效載荷結(jié)構(gòu)(40)緊密結(jié)合有幾個(gè)零部件，具有較低的輸出損耗，并且足夠堅(jiān)固以便在有或沒(méi)有反射器的情況下支撐整個(gè)有效載荷。有效載荷模塊結(jié)構(gòu)用于基于太空的用途以及各種陸地用途。
文檔編號(hào)H05K5/02GK1922075SQ200580005291
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者A·G·拉塞爾 申請(qǐng)人:Eads航空有限公司