一种基于增材制造的重力梯度卫星制造技术

本发明专利技术提供了一种基于增材制造的重力梯度卫星，包括卫星本体、太阳电池阵、在轨3D打印部分载荷；其中，在轨3D打印部分载荷包括打印舱舱体、材料舱、控制盒、进料机构、打印机构、打印舱盖板、导出和压紧机构以及重力梯度杆；打印舱舱体为一个舱体，打印舱盖板为底部盖板，将舱体封闭成为一个整体；材料舱位于舱体内；控制盒是整个3D增材加工的控制核心，进料机构用于将材料舱中的材料取出，并以一定速率进给，提供3D打印头部的材料供应；导出和压紧机构位于打印舱盖板的外侧，其主要作用是在发射阶段，将重力梯度杆端部的载荷和配重压紧，确保能承受发射时的各种条件，在轨后释放，该部分确保重力梯度杆的稳定伸长，为3D打印的Z轴驱动。

A Gravity Gradient Satellite Based on Additional Materials Manufacturing

The present invention provides a gravity gradient satellite based on augmented material manufacturing, including the satellite body, solar array, on-orbit 3D printing part load; in-orbit 3D printing part load includes printing cabin, material cabin, control box, feeding mechanism, printer mechanism, printing cabin cover, export and compression mechanism and gravity gradient bar; printing cabin body is a cabin, printing cabin. The hatch cover plate is the bottom cover plate, which encloses the cabin as a whole; the material cabin is located in the cabin; the control box is the control core of the whole 3D material processing, and the feeding mechanism is used to take out the materials in the material cabin and feed them at a certain rate to provide the material supply for the 3D printing head; the derivation and compression mechanism is located outside the printing hatch cover plate, whose main function is at the launching stage. The load and counterweight at the end of the gravity gradient bar are compacted to ensure that it can withstand all kinds of conditions during launching and release after orbit. This part ensures the stable elongation of the gravity gradient bar and drives the Z-axis printed for 3D.

【技术实现步骤摘要】
一种基于增材制造的重力梯度卫星
本专利技术涉及航天器
，尤其涉及一种基于增材制造的重力梯度卫星。
技术介绍
随着航天技术发展，空间飞行器的尺寸需求越来越大，从最初的米级到现在空间站的几十米甚至上百米，很多需要大尺寸的空间飞行器使用桁架来扩展空间，桁架结构可以在发射过程中被压缩起来，在轨释放后展开、锁定。该种展开机构在空间有以下三类典型应用，首先，用于大型空间机构的支撑，如国际空间站上的链接舱段，其次卫星常见的重力梯度杆，第三种常见的空间大型结构为科学探测卫星，如为避免卫星本体剩磁影响而设计的磁探测卫星等。当前这些大型航天结构的结构类似，均通过各种复杂的机构，通过驱动或者自身地面压缩储能驱动，在卫星发射前压缩收起到一定尺寸，通过火工品或专门设计的压缩机构压紧，发射成功后，火工品或者压缩机构启动，解除压紧状态。这些机构的共同难点在于：(1)难以实现超长结构和复杂结构，由于现有机构的长度通过先压缩，后伸展，结构本身设计非常复杂，压缩机构体积、解锁机构也需要占用大量空间，超长超大结构的展开系统实现难度会异常的大，从而难以实施；(2)压缩系统可靠性低，由于大型展开结构有非常多的运动副，一套机构多达几百个运动副，任何一个卡死都会导致机构展开失败。因此，可靠性计算链条长，导致可靠性低；(3)难以实现良好的结构形式，由于受到展开机构的限制，导致传统展开机构均采用长度方向机构一致材料，从结构上说非最优结构；(4)体积重量大。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种基于增材制造的重力梯度卫星，利用轨道空间零重力环境，通过在轨增材制造，不断延长结构长度，以实现超大重力梯度杆结构。本专利技术具体通过如下技术方案实现：一种基于增材制造的重力梯度卫星，包括卫星本体、太阳电池阵、在轨3D打印部分载荷；其中，所述在轨3D打印部分载荷包括打印舱舱体、材料舱、控制盒、进料机构、打印机构、打印舱盖板、导出和压紧机构以及重力梯度杆；所述打印舱舱体为一个舱体，打印舱盖板为底部盖板，将舱体封闭成为一个整体；所述材料舱位于舱体内，用于存放打印耗材；控制盒是整个3D增材加工的控制核心，进料机构用于将材料舱中的材料取出，并以一定速率进给，提供3D打印头部的材料供应；打印机构用于实现3D打印；导出和压紧机构位于打印舱盖板的外侧，其主要作用是在发射阶段，将重力梯度杆端部的载荷和配重压紧，确保能承受发射时的各种条件，在轨后释放，重力梯度杆伸长阶段，该部分确保重力梯度杆的稳定伸长，为3D打印的Z轴驱动；所述重力梯度杆随着3D打印的进行而伸长。作为本专利技术的进一步改进，所述舱体内大部分空间为打印材料的储存空间，根据重力梯度杆长度和粗细设计，确定需要携带的打印材料数量，从而可以确定整个舱体的体积。作为本专利技术的进一步改进，所述重力梯度卫星还包括监视相机、激光测量装置，用于检测重力梯度杆的伸长过程中的直线度、长度以及变形，并将检测到的数据信号传回控制盒以确定打印的状态。作为本专利技术的进一步改进，所述进料机构与材料舱一并设计。作为本专利技术的进一步改进，所述3D打印采用熔融沉积成型(FDM)技术或者光敏固化技术。作为本专利技术的进一步改进，所述打印舱盖板起支撑和封闭作用，所述打印舱盖板上有重力梯度杆伸出的孔。作为本专利技术的进一步改进，所述重力梯度杆根部的直径粗，顶部的细。作为本专利技术的进一步改进，所述重力梯度卫星还包括导线放线盒；所述导线放线盒的内部存放的长电缆，包含高频和低频部分电缆，用于卫星与重力梯度杆顶部的载荷之间的连线，电缆采用柔性较好的耐空间环境的电缆，发射过程盘放在放线盒子里，重力梯度杆伸长过程中，该部分逐渐释放。作为本专利技术的进一步改进，所述重力梯度卫星还包括、重力梯度杆端部载荷和配重，该部分在卫星发射过程中被导出和压紧机构压紧。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于增材制造的重力梯度卫星，相对于传统的重力梯度杆卫星，具有以下优点：1)可以在轨实现超长度的结构，是其他类型机构难以实现的；2)该机构发射过程中无需复杂的展开系统，仅需打印系统和打印材料，打印材料可以盘在一起包装好，配置灵活，可以携带的量也更大；3)该机构可以实现复杂内部结构，而无需考虑折叠和展开功能，从而实现不同用途结构的优化设计，从而达到材料最佳利用率；4)无重力环境下，有利于打印机实现最佳精度；5)充分利用空间无重力条件，可以实现其他方式都无法实现的空间复杂结构系统；6)系统可靠性较复杂机构更高；7)打印过程实时监测重力梯度杆的状态，可以实现闭环控制；8)无展开冲击；9)相同的类似技术可以扩展生产其他的空间结构、机构产品。附图说明图1是本专利技术的卫星在轨工作初期的示意图；图2是本专利技术的卫星重力梯度杆伸长后的示意图；图3是本专利技术的卫星在轨3D打印部分载荷的结构图；图4是本专利技术的卫星在轨示运行意图一；图5是本专利技术的卫星在轨示运行意图二。具体实施方式下面结合附图说明及具体实施方式对本专利技术进一步说明。本专利技术提供了一种基于增材制造(3D打印)的在轨重力梯度卫星，其中使用的3D打印原理与传统增材加工使用的3D打印原理一致，3D打印的Z轴为重力梯度杆的伸长方向，利用轨道空间零重力环境，通过在轨增材制造，不断延长结构长度，以实现超大重力梯度杆结构。如图1所示，本专利技术的卫星在轨工作初期，卫星太阳翼展开，但打印机并未工作，此时，重力梯度杆未伸长。如图2所示，在打印完成后，本专利技术的卫星的重力梯度杆伸长后的示意图。如图3所示，本专利技术的卫星在轨3D打印部分载荷包括：打印舱舱体3、材料舱4、控制盒5、进料机构6、打印机构7、打印舱盖板8、导出和压紧机构9。所述卫星在轨3D打印部分载荷位于卫星本体的一侧，安装重力梯度杆的位置。图中的卫星本体1和卫星太阳电池阵2仅示意，实际卫星由于应用载荷不一样，功耗不一样，卫星的形状、体积、太阳电池阵的布置、大小、形状可能都与图示并不一样。打印舱舱体3为一个舱体，舱体内大部分空间为打印材料的储存空间，根据重力梯度杆长度和粗细设计，确定需要携带的打印材料数量，从而可以确定整个舱体的体积。打印舱盖板8为底部盖板，将舱体封闭成为一个整体。材料舱4主要存放打印耗材，打印耗材需要按照一定的规则放置在材料舱内，以达到最大的空间利用，该部分可以根据需要设计成成为圆形的或其他形状。控制盒5是整个3D增材加工的控制核心，同时也根据监视相机、激光测量装置等传感器传回的信号确定打印的状态。进料机构6主要负责将材料舱中的材料取出，并以一定速率进给，提供3D打印头部的材料供应，这部分可以与4.材料舱一并设计，得到最好的空间利用效果。打印机构7负责实现3D打印(增材制造)，该部分的一般选择熔融沉积成型(FDM)技术)，该技术使用的常用的3D打印技术，也可使用包括光敏固化技术等技术，本专利技术可以适应不同的3D打印技术。打印舱盖板8起支撑和封闭作用；导出和压紧机构9的主要作用是在发射阶段，将重力梯度杆端部的载荷(如磁强计)和配重压紧，确保能承受发射时的各种条件；在轨后释放，重力梯度杆伸长阶段，该部分确保重力梯度杆的稳定伸长，为3D打印的Z轴驱动，该驱动机构需要与重力梯度杆的结构一并设计，确保重力梯度杆伸长过程中的稳定性和精度。监视相机10和激光测量装置11是用来检测重力梯度杆的伸长过程中的直线度、长度以及变形的，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增材制造的重力梯度卫星，其特征在于：所述重力梯度卫星包括卫星本体、太阳电池阵、在轨3D打印部分载荷；其中，所述在轨3D打印部分载荷包括打印舱舱体、材料舱、控制盒、进料机构、打印机构、打印舱盖板、导出和压紧机构以及重力梯度杆；所述打印舱舱体为一个舱体，打印舱盖板为底部盖板，将舱体封闭成为一个整体；所述材料舱位于舱体内，用于存放打印耗材；控制盒是整个3D增材加工的控制核心，进料机构用于将材料舱中的材料取出，并以一定速率进给，提供3D打印头部的材料供应；打印机构用于实现3D打印；导出和压紧机构位于打印舱盖板的外侧，其主要作用是在发射阶段，将重力梯度杆端部的载荷和配重压紧，确保能承受发射时的各种条件，在轨后释放，重力梯度杆伸长阶段，该部分确保重力梯度杆的稳定伸长，为3D打印的Z轴驱动；所述重力梯度杆随着3D打印的进行而伸长。

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造的重力梯度卫星，其特征在于：所述重力梯度卫星包括卫星本体、太阳电池阵、在轨3D打印部分载荷；其中，所述在轨3D打印部分载荷包括打印舱舱体、材料舱、控制盒、进料机构、打印机构、打印舱盖板、导出和压紧机构以及重力梯度杆；所述打印舱舱体为一个舱体，打印舱盖板为底部盖板，将舱体封闭成为一个整体；所述材料舱位于舱体内，用于存放打印耗材；控制盒是整个3D增材加工的控制核心，进料机构用于将材料舱中的材料取出，并以一定速率进给，提供3D打印头部的材料供应；打印机构用于实现3D打印；导出和压紧机构位于打印舱盖板的外侧，其主要作用是在发射阶段，将重力梯度杆端部的载荷和配重压紧，确保能承受发射时的各种条件，在轨后释放，重力梯度杆伸长阶段，该部分确保重力梯度杆的稳定伸长，为3D打印的Z轴驱动；所述重力梯度杆随着3D打印的进行而伸长。2.根据权利要求1所述的重力梯度卫星，其特征在于：所述舱体内大部分空间为打印材料的储存空间，根据重力梯度杆长度和粗细设计，确定需要携带的打印材料数量，从而可以确定整个舱体的体积。3.根据权利要求1所述的重力梯度卫星，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐心春，韩飞，高鸽，王培明，曹鸣，魏世隆，
申请(专利权)人：深圳航天东方红海特卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44