一种立体联动式绳系卫星制造技术

本发明专利技术公开了一种立体联动式绳系卫星，该新型绳系卫星运用有限的动力机构和电磁控制切换机构实现主星无自旋情况下多个从星单独或联动收放，压缩了所需空间与质量；通过控制电机运行圈数实现各子体卫星按照预定方案展开，并通过对称布局对消了电机旋转产生的干扰角动量；采用多根牵引绳取代传统单牵引绳的思路，实现对绳系卫星展开与回收过程中横向摆动的抑制；通过双层弹簧弹射机构，提供给从星所需角度的释放初速度，并在回收时实现动能储存和缓冲。

【技术实现步骤摘要】
一种立体联动式绳系卫星
本专利技术涉及一种辐射式绳系卫星，具体涉及一种由绳或链将一个或多个卫星固定在某主体航天器上，可以随时投放和回收，以完成一些常规单体航天器无法完成的任务的特殊航天器。
技术介绍
航天器(Spacecraft)是指在地球大气以外宇宙空间(太空)执行探索、开发和利用太空以及地球以外天体的特定任务的飞行器，又称空间飞行器。卫星是目前人类探索、开发和利用太空的最主要的航天器，包括各种科学卫星、技术试验卫星和应用卫星。卫星编队飞行应用广泛。多个功能分立的卫星个体设计难度较低，且组成编队互相配合可完成单个卫星很难执行的任务；也可在编队中使用冗余设计，目标性的为故障部分寻求替代，延长任务寿命。绳系卫星作为一种特殊的卫星编队构型，具有常规卫星不具备的特点。绳系卫星的组成分为位于中央的主体和通过系绳与其连接的子体组成，系绳的材料强度要求较高，以便于完成从百米到千米等跨度较大的展开，灵活地进行空间干涉测量观测；同时拥有可通过编队自转完成姿态稳定控制及通过收放系绳减少燃料消耗等优点，在航天技术开发、太空平台建设、空间探索等方面有巨大的效力。现有的辐射式绳系卫星的基本结构由中央主星与数个周边从星以绳或链相连组成，依靠主星自旋的离心力维持系绳张紧，带动系统整体旋转同时确保稳定的展开。可通过控制主星的自旋角速度和牵引绳的收缩速度以满足不同任务对卫星的覆盖面积和旋转速度的要求，提供变尺度的观测基线。但目前自旋展开方案需要从星释放与主星自转严格配合，对于控制系统精度要求很高，且单个系绳牵引的从星沿绳方向的自旋难以抑制，而控制多数目从星常需要较多的动力机构使主星质量负担加重，且增加从星数量时控制系统的控制难度也会对应提升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提出了一种立体联动式绳系卫星，该新型绳系卫星在节约空间和减轻重量同时实现多个卫星多方向选择性单独或联动收放；并可以有效抑制从星沿绳方向的自转；可以提供释放从星一定的初速度，避免依靠整体自旋维持系绳张紧；并可更简便的实现各子体卫星按照预定方案展开。本专利技术所采用的技术方案是：一种立体联动式绳系卫星，包括：主星、从星；主星包括主星壳体、联动收放机构、弹射缓冲装置；联动收放机构安装在主星壳体内，弹射缓冲装置嵌入主星壳体表面且位于从星在主星上的安装位置处；从星包括从星壳体、弹射弹簧，弹射弹簧安装在从星壳体表面，位于从星和主星之间；从星通过联动收放机构与主星连接，弹射缓冲装置、弹射弹簧给从星提供释放的初始速度，电机驱动联动收放机构运动控制从星释放。所述主星壳体包括顶面、底面、若干侧面；顶面和底面分别为n边形，且底面和顶面形状相同；顶面、底面分别安装一个从星，每个侧面分别安装一个从星，n为正整数。所述联动收放机构包括两组动力传递机构与n组切换控制机构；动力传递机构包括电机、齿轮组；每组切换控制机构包括转动轴、固定轴、电磁拨片、若干线圈轴、系绳、轴承、定滑轮、下垫圈、上垫圈；电机通过齿轮组将转动传递给转动轴；转动轴上分布有转动轴键，线圈轴分别安装在转动轴两端及转动轴中部，线圈轴的花键槽与转动轴键相配合，系绳缠绕在线圈轴上，转动轴旋转带动线圈轴旋转释放系绳；转动轴两端分别通过轴承固定在主星的顶面、底面上，固定轴安装在转动轴的一侧；固定轴沿轴分布有固定轴键，固定轴键为转动轴键的一半，固定轴键的半圆形端面通过外圈的半圆弧形下垫圈安装在固定轴上，半圆弧形的上垫圈安装在固定轴上且位于固定轴键小端的一侧；电磁拨片安装在固定轴上，每个电磁拨片分别与一个线圈轴、固定轴键、转动轴键、下垫圈、上垫圈相配合，下垫圈、上垫圈分别通过通电产生磁场吸合电磁拨片，控制电磁拨片在下垫圈、上垫圈之间运动，电磁拨片与线圈轴配合，拨动线圈轴，控制线圈轴在转动轴键与固定轴键之间切换；定滑轮分别安装在主星的顶面和底面上，与系绳配合起到导向作用。n组切换控制机构沿主星底面的周向均匀分布，相邻的两个转动轴通过中部的线圈轴和系绳与侧面一个从星相连，安装在主星顶面和底面的从星通过转动轴两端的线圈轴和系绳、定滑轮与主星连接。所述弹射缓冲装置包括外层固定的引导锥和内层的摆锥、锥形弹簧，引导锥、摆锥之间有用锥形弹簧支撑起的一段空间；引导锥嵌入主星壳体表面，摆锥由舵机控制产生偏转角，摆锥与弹射弹簧共同配合弹射从星。所述从星还包括导向杆，导向杆安装在从星表面，分别位于弹射弹簧内侧。所述下垫圈、上垫圈和电磁拨片的材料为磁性材料。所述每组切换控制机构有6个线圈轴，其中，4个线圈轴分布在转动轴中间，另外两个线圈轴分布在转动轴两端。所述电磁拨片包括上下两片半圆形的切换片、侧面的固定框，固定框的上下端面上分别开有安装孔与固定轴配合；切换片分别安装在固定框的上下端面上，相互平行；线圈轴位于两切换片之间。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术运用较少数量电机与电磁切换机构配合实现多个从星单独或联动收放，压缩了所需空间与质量。(2)本专利技术通过控制电机运行圈数实现各子体卫星按照预定方案展开，并通过对称布局对消了电机旋转产生的干扰角动量。(3)本专利技术采用多根牵引绳取代传统单牵引绳的思路，实现对绳系卫星展开与回收过程中横向摆动的抑制。(4)本专利技术通过双层弹簧弹射机构，提供给从星所需角度的释放初速度，并在回收时实现动能储存和缓冲。(5)本专利技术将从星立体布局，实现通过三维方向各平面从星选择性收放改换编队平面，减少了绳系卫星在应对不同任务时改变工作面倾角的不便。(6)本专利技术收放策略执行只需对电机在系绳上施加特定控制加速度，即可实现在系统无自旋情况下从星以一定初速度弹射释放后，维持一段稳定工作区且安全回收。附图说明图1是立体联动式绳系卫星的未展开外形示意图。图2是立体联动式绳系卫星外观主视图。图3是立体联动式绳系卫星外观左视图。图4是立体联动式绳系卫星外观俯视图。图5是联动控制机构主要零件安装布局图。图6是联动控制机构与从星连接关系正视图。图7是联动控制机构与从星连接关系左视图。图8是联动控制机构与从星连接关系俯视图。图9是联动控制机构部分电磁切换片零件图。图10是联动控制机构部分线圈轴零件图。图11是联动控制机构部分转动轴零件图。图12是联动控制机构部分静止轴零件图。图13是转动轴部分的转动轴键图图14是静止轴部分的静止轴键图图15是弹射缓冲机构细节示意图。图16是弹射缓冲机构与从星配合关系图。图17是横向四从星展开时核心机械结构连接关系示意图。图18是立体联动式绳系卫星横向四从星展开图。图19是立体联动式绳系卫星横向二从星展开图。图20是立体联动式绳系卫星纵向四从星展开图。图21是立体联动式绳系卫星纵向二从星展开图。图22是横向四从星展开时切换控制机构的初始状态图。图23是横向二从星展开时切换控制机构的初始状态图。图24是纵向四从星展开时切换控制机构的初始状态图。图25是纵向二从星展开时切换控制机构的初始状态图。图26是释放与回收过程仿真坐标系设定图。图27是沿±x方向释放从星时位置的时间历程图。图28是沿±x方向释放从星时速度的时间历程图。图29是沿±x方向释放从星时从星的运动轨迹图。图30是沿±y方向释放从星时位置的时间历程图。图31是沿±y方向释放从星时速度的时间历程图。图32是沿±y方向释放从星时从星的运动轨迹图。图33是沿±z方向释本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立体联动式绳系卫星，其特征在于，包括：主星(1)、从星(2)；主星(1)包括主星壳体、联动收放机构、弹射缓冲装置(3)；联动收放机构安装在主星壳体内，弹射缓冲装置(3)嵌入主星壳体表面且位于从星(2)在主星(1)上的安装位置处；从星(2)包括从星壳体、弹射弹簧(4)，弹射弹簧(4)安装在从星壳体表面，位于从星(2)和主星(1)之间；从星(2)通过联动收放机构与主星(1)连接，弹射缓冲装置(3)、弹射弹簧(4)给从星(2)提供释放的初始速度，电机驱动联动收放机构运动控制从星(2)释放。

【技术特征摘要】
1.一种立体联动式绳系卫星，其特征在于，包括：主星(1)、从星(2)；主星(1)包括主星壳体、联动收放机构、弹射缓冲装置(3)；联动收放机构安装在主星壳体内，弹射缓冲装置(3)嵌入主星壳体表面且位于从星(2)在主星(1)上的安装位置处；从星(2)包括从星壳体、弹射弹簧(4)，弹射弹簧(4)安装在从星壳体表面，位于从星(2)和主星(1)之间；从星(2)通过联动收放机构与主星(1)连接，弹射缓冲装置(3)、弹射弹簧(4)给从星(2)提供释放的初始速度，电机驱动联动收放机构运动控制从星(2)释放。2.根据权利要求1所述的一种立体联动式绳系卫星，其特征在于：所述主星壳体包括顶面、底面、若干侧面；顶面和底面分别为n边形，且底面和顶面形状相同；顶面、底面分别安装一个从星(2)，每个侧面分别安装一个从星(2)，n为正整数。3.根据权利要求1或2所述的一种立体联动式绳系卫星，其特征在于：所述联动收放机构包括两组动力传递机构与n组切换控制机构；动力传递机构包括电机(12)、齿轮组(8)；每组切换控制机构包括转动轴(9)、固定轴(10)、电磁拨片(11)、若干线圈轴(13)、系绳(7)、轴承(6)、定滑轮(5)、下垫圈(14)、上垫圈(15)；电机(12)通过齿轮组(8)将转动传递给转动轴(9)；转动轴(9)上分布有转动轴键(16)，线圈轴(13)分别安装在转动轴(9)两端及转动轴(9)中部，线圈轴(13)的花键槽与转动轴键(16)相配合，系绳(7)缠绕在线圈轴(13)上，转动轴(9)旋转带动线圈轴(13)旋转释放系绳(7)；转动轴(9)两端分别通过轴承(6)固定在主星(1)的顶面、底面上，固定轴(10)安装在转动轴(9)的一侧；固定轴(10)沿轴分布有固定轴键(17)，固定轴键(17)为转动轴键(16)的一半，固定轴键(17)的半圆形端面通过外圈的半圆弧形下垫圈(14)安装在固定轴(10)上，半圆弧形的上垫圈(15)安装在固定轴(10)上且位于固定轴键(17)小端的一侧；电磁拨片(11)安装在固定轴(10)上，每个电磁拨片(11)分别与一个线圈轴(13)、固定轴键(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，葛瑞谦，陈琳，姚闯，廖川，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11