一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构制造技术

本发明专利技术提供一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，包含：中心箱体、位于中心箱体内的预紧调节单元、控制电机、主动轮单元、主从动轮单元、可调辅助从动轮单元；伸杆臂从中心箱体的前面板和后面板的中心处设置的孔穿过；所述预紧调节单元包含：预紧螺杆和预紧螺母，且预紧螺杆穿过中心箱体的上面板；所述的控制电机通过太阳能电池获得电能从而被驱动；所述的主动轮单元包含两个凸起滚轮，且两个凸起滚轮通过连接轴与控制电机的机轴相连，且两个凸起滚轮的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触；所述主从动轮单元的两个凸起滚轮穿过转轴安装于两片聚四氟滑环之间，且两个凸起滚轮的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触，所述的转轴固定于中心箱体下面板的支架上；所述可调辅助从动轮单元包含四个凸起滚轮以及四个三角支架，调整三角支架使凸起滚轮的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触。

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构
[0001 ] 本专利技术涉及太阳帆航天器调姿的滑块执行机构，具体涉及一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构。
技术介绍
现代航天器动力模式，大多采用液体、固体或其他复杂发动机，其推进形式都是利用喷射高速质量提供的反推作用来获得推力。随着航天飞行任务距离增加和运行时间增长，其必然要携带越来越多的燃料，进而提高航天器发射成本，这就使得依靠光压或磁压作为持久动力的太阳帆航天器应运而生。太阳帆以太阳光光压为推进动力，是一种独特的推进方式，它超越了对反应物料的依赖。其工作原理是:利用太阳帆将照射过来的太阳光(光子)反射回去，由于力的作用是相互的，太阳帆在将光子“推”回去的同时，光子也会对太阳帆产生反作用力，从而推动飞船前进。综合太阳帆航天器的先进性和实用性，我国太阳帆航天器参照国际最流行的正四边形即正方形进行设计布局。太阳帆帆面采用超轻质薄膜设计，其面积一般为上千平方米左右；方形太阳帆航天器同时需要很长的伸展支撑构件来引导太阳帆帆面展开并支撑其承受太阳光压。由于太阳帆自身的特点使得其姿态调整方法不同于传统航天器，其特点主要有:干扰力矩大，转动惯量大，指向精度要求高。传统的主动姿态控制方法如:喷气控制、反作用飞轮控制等很难满足太阳帆的姿态控制要求，这就需要考虑特殊的适合太阳帆姿态调整执行机构。国内外现有的太阳帆航天器调姿执行机构按照作用原理可以分为两大类:质心偏移类和帆面转动类。所述的质心偏移类中的执行机构包括:滑块执行机构、控制杆执行机构；帆面转动类中的执行机构包括:RSB(Roll Stabilizer Bars)执行机构、角帆执行机构、变反射率薄膜结构。对于滑块与RSB执行机构，其可以保证有效载荷与帆的相对位置固定，有利于星地间通信及有效载荷正常稳定工作，对于帆的展开过程没有特殊要求，执行机构简单紧凑，可以保障姿态控制系统的可靠性。ATK公司在20米太阳帆航天器的地面试验中运用了滑块与RSB执行机构，滑块执行机构在太阳帆航天器的桁架式伸展臂上可以做往复运动，如图1所示，但是现有的ATK公司的此滑块执行机构只适用于桁架式伸展臂形式，不能用于充气式曲线截面的伸展臂形式。且目前滑块与RSB执行机构还未有过上天飞行验证。此外，这种滑块执行结构属于国外的保密技术而不对外公开，因此对其内部的构成和实现原理均需要进行创造性的劳动才能实现。对于控制杆执行机构，其质心位置变化范围大，产生的控制力矩较大，能实现太阳帆姿态的快速机动，但是其结构质量较大，万向节处应力变化剧烈，容易使机构发生疲劳进而失效。美国空间推进太阳帆计划中曾采用控制杆作为调姿执行机构，如图2所示，但是未曾经过上天飞行验证。对于角帆执行机构，其利用四个角帆可以实现太阳帆的三轴姿态控制，并且能够满足行星际飞行中的姿态控制精度要求，但是其结构设计较为复杂，不易于收拢。L’ Garde公司在20米太阳帆航天器的地面试验中运用了角帆执行机构，以及准备在2015年发射的Sunjammer太阳帆航天器也同样运用了角帆作为执行机构，如图3所示。对于变反射率薄膜结构，其不需要任何运动执行机构，大大降低了太阳帆航天器的结构复杂度与发射质量，但是其控制力矩大小有限，而且对于帆面材料技术有很高要求。日本在2010年成功发射的IKAROS太阳帆航天器上运用了变反射率薄膜结构作为执行机构，如图4所示。经过对国内外太阳帆航天器调姿执行机构的调研，可以得出太阳帆航天器调姿滑块执行机构在国内尚没有公开发表的文章以及上天飞行记录，本专利设计在国内尚属首次。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服上述问题，本专利技术提供一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述的滑块执行机构包含:中心箱体1、位于中心箱体内的预紧调节单元4、控制电机28、主动轮单元2、主从动轮单元3 ；所述中心箱体I的前面板和后面板的中心处设置孔，伸杆臂从所述孔穿过该中心箱体I;所述预紧调节单元4包含:预紧螺杆10和锁定螺母11，且预紧螺杆10穿过中心箱体I的上面板和凸台21，所述凸台21为设置在中心箱体I上面板内壁上的带有螺纹孔的凸台；所述的主动轮单元2包含第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6，且第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6通过连接轴13与控制电机28的机轴相连；所述控制电机28固定于可调电机底座29上，而所述可调电机底座29与预紧螺杆10的末端相连；所述的控制电机28通过太阳能电池27获得电能从而被驱动，进而带动第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6沿伸展臂上前后移动；所述主从动轮单元3包含第三凸起滚轮7、第四凸起滚轮8、两片滑环15和支架16，第三凸起滚轮7和第四凸起滚轮8穿过转轴19安装于两片滑环15之间，且所述第三凸起滚轮7和第四凸起滚轮8的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触，所述的转轴固定于中心箱体I下面板的支架上。可选的，上述滑块执行机构还包含:可调辅助从动轮单元9，所述可调辅助从动轮单元包含:三角支架26、转轴24、凸起滚轮22、滑环、锁紧螺母25和锁定螺钉23 ；所述转轴24通过端部的锁定螺钉25固定在三角支架26上，凸起滚轮22穿过转轴24安装于两片滑环之间且凸起滚轮22与伸展臂的外壁紧密接触，所述滑环位于凸起滚轮22与三角支架26之间；所述三角支架26固定在中心箱体I的前面板或后面板上；所述锁紧螺母25对凸起滚轮22与滑环压紧力进行微调并固定，所述三角支架26的底板上开有十字孔且十字孔开孔尺寸大于锁定螺钉23的螺纹直径。可选的，上述可调辅助从动轮单元9的个数为4个，对称布设于中心箱体I的前面板和后面板的外壁上。可选的，上述的滑环为聚四氟滑环15。可选的，在所述中心箱体I的上面板的外壁、下面板的外壁、左面板的外壁和/或右面板的外壁布放了太阳能电池贴片27 ;或在所述中心箱体I的左面板和/或右面板上安装太阳能帆板。可选的，上述可调电机底座29与预紧螺杆10的连接方式为:所述可调电机底座29上设置一个销轴，所述预紧螺杆10的低端设置一个销孔，所述的销轴插入销孔中实现可调电机底座29与预紧螺杆10的连接。可选的，通过电机压片30将所述控制电机28固定于所述可调电机底座29上。可选的，上述主动轮单元2还包含:锁紧螺母14和调整垫片12 ；所述的锁紧螺母14通过调整垫片12将第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6与连接轴13轴向固定，连接键将第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6与连接轴13径向固定，使第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6与连接轴13同步转动，通过垫片12使第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6从两侧夹紧伸展臂，与伸展臂外圆周紧密接触。所述第一凸起滚轮5和第二凸起滚轮6外表面上设置块状凸起，用于增大摩擦力。可选的，上述主从动轮单元3还包含:阶梯轴19、锁紧螺钉17、垫片20和锁紧螺母18 ；所述支架16固定在中心箱体I的下面板上，阶梯轴19通过锁紧螺钉17固定在支架16上，第三凸起滚轮7和第四凸起滚轮8安装于阶梯轴19两侧的两片滑环15之间，；所述阶梯轴19上的滑环15的外侧依次套设垫片20和锁紧螺母18，所述锁紧螺母18用于调整第三凸起滚轮7和第四凸起滚轮8与滑环15之间的压紧力，所述垫片20保护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述的滑块执行机构包含：中心箱体(1)、位于中心箱体内的预紧调节单元(4)、控制电机(28)、主动轮单元(2)、主从动轮单元(3)；所述中心箱体(1)的前面板和后面板的中心处设置孔，伸杆臂从所述孔穿过该中心箱体(1)；所述预紧调节单元(4)包含：预紧螺杆(10)和锁定螺母(11)，且预紧螺杆(10)穿过中心箱体(1)的上面板和凸台(21)，所述凸台(21)为设置在中心箱体(1)上面板内壁上的带有螺纹孔的凸台；所述的主动轮单元(2)包含第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)，且第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)通过连接轴(13)与控制电机(28)的机轴相连；所述控制电机(28)固定于可调电机底座(29)上，而所述可调电机底座(29)与预紧螺杆(10)的末端相连；所述的控制电机(28)通过太阳能电池获得电能从而被驱动，进而带动第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)沿伸展臂上前后移动；所述主从动轮单元(3)包含第三凸起滚轮(7)、第四凸起滚轮(8)、两片滑环(15)和支架(16)，第三凸起滚轮(7)和第四凸起滚轮(8)穿过转轴安装于两片滑环(15)之间，且所述第三凸起滚轮(7)和第四凸起滚轮(8)的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触，所述的转轴固定于中心箱体(1)下面板的支架上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述的滑块执行机构包含:中心箱体(1)、位于中心箱体内的预紧调节单元(4)、控制电机(28)、主动轮单元(2)、主从动轮单元(3)； 所述中心箱体(1)的前面板和后面板的中心处设置孔，伸杆臂从所述孔穿过该中心箱体⑴； 所述预紧调节单元(4)包含:预紧螺杆(10)和锁定螺母(11)，且预紧螺杆(10)穿过中心箱体(1)的上面板和凸台(21)，所述凸台(21)为设置在中心箱体(1)上面板内壁上的带有螺纹孔的凸台； 所述的主动轮单元(2)包含第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)，且第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)通过连接轴(13)与控制电机(28)的机轴相连；所述控制电机(28)固定于可调电机底座(29)上，而所述可调电机底座(29)与预紧螺杆(10)的末端相连；所述的控制电机(28)通过太阳能电池获得电能从而被驱动，进而带动第一凸起滚轮(5)和第二凸起滚轮(6)沿伸展臂上前后移动； 所述主从动轮单元(3)包含第三凸起滚轮(7)、第四凸起滚轮(8)、两片滑环(15)和支架(16)，第三凸起滚轮(7)和第四凸起滚轮(8)穿过转轴安装于两片滑环(15)之间，且所述第三凸起滚轮(7)和第四凸起滚轮(8)的外壁与伸展臂的外圆周紧密接触，所述的转轴固定于中心箱体(1)下面板的支架上。2.根据权利要求1所述的用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述滑块执行机构还包含:可调辅助从动轮单元(9)，所述可调辅助从动轮单元包含:三角支架(26)、转轴(24)、凸起滚轮(22)、滑环、锁紧螺母(25)和锁定螺钉(23)； 所述转轴通过端部的锁定螺钉固定在三角支架(26)上，凸起滚轮(22)穿过转轴安装于两片滑环之间且凸起滚轮(22)与伸展臂的外壁紧密接触，所述滑环位于凸起滚轮(22)与三角支架(26)之间； 所述三角支架(26)固定在中心箱体(1)的前面板或后面板上； 所述锁紧螺母(25)对凸起滚轮(22)与滑环压紧力进行微调并固定，所述三角支架(26)的底板上开有十字孔且十字孔开孔尺寸大于锁定螺钉(23)的螺纹直径。3.根据权利要求2所述的用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述可调辅助从动轮单元(9)的个数为4个，对称布设于中心箱体(1)的前面板和后面板的外壁上。4.根据权利要求1或2所述的用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在于，所述的滑环为聚四氟滑环(15)。5.根据权利要求1所述的用于太阳帆航天器姿态控制的滑块执行机构，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萱，马鑫，郑建华，高东，钱航，刘宇飞，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11