一种在轨可分离的卫星推进服务系统技术方案

本发明专利技术公开了一种在轨可分离的卫星推进服务系统，包括卫星平台及推进服务系统，卫星平台包括能源模块、控制模块；推进服务系统包括结构模块、推进模块、驱动单元、供电接口模块被动端和数据交互模块被动端，卫星平台的底部设置有第一对接框、供电接口模块主动端和数据交互模块主动端。本发明专利技术相比于上面级，推进服务舱与卫星一体化设计，控制、能源、导航、测量等模块与卫星复用，大幅降低了推进服务舱干重，提升了载干比，实现了航天器资源的高效利用。

On-orbit Separable Satellite Propulsion Service System

【技术实现步骤摘要】
一种在轨可分离的卫星推进服务系统
本专利技术涉及一种在轨可分离的卫星推进服务系统，属于空间控制执行机构领域。
技术介绍
可长期在轨驻留的上面级至少能够满足半年以上的在轨工作任务需求，其工作特点与卫星等空间飞行器更加接近，所用到的技术也与卫星的技术类似，它除了要具备传统上面级应具有的轨道转移能力以外，还应具备自主飞行控制能力、能源持续供给能力、携带服务载荷长期在轨驻留和自主多任务执行等能力，应该具有简易的太阳电池阵，需要在微重力环境下对推进剂进行全管理，这已经超过了运载领域的业务范畴，它实质上是一个典型的空间飞行器。俄罗斯、美国和欧洲等航天强国均研制了多种系列的可长期在轨工作的上面级飞行器，且均是以卫星研制技术为基础开展研制的。如俄罗斯Fregat上面级、美国的SHERPA上面级、欧洲的OPM上面级等，都形成了系列产品。其中俄罗斯Fregat上面级可为各类地球轨道卫星和深空探测器提供轨道转移服务，著名的“福布斯-土壤”号火星探测器就使用了该类型的上面级。SHERPA美国OTV(轨道转移飞行器)是上面级的典型代表，与以往火箭上面级的重要区别在于它显著提高了轨道转移能力的基础上，对空间任务执行能力进行了拓展。这些能力包括：轨道机动能力、自主飞行控制能力、承载有效载荷能力、长期在轨驻留、相对位置保持能力。欧洲OPM上面级完全采用标准化接口与模块化设计，与卫星进行一体化设计，可进行独立安装、测试，ESA已将OPM应用于SMART-2等航天器上。OPM也可以独立推进舱为主体进行拓展设计，用于空间探测、在轨服务等领域。可长期在轨工作的上面级与传统意义上的短时工作上面级相比，在技术上存在巨大的跨越，在工作模式、空间环境、系统设计、产品选择等方面均有实质性的变化，更接近于空间飞行器。由于其工作寿命从几十个小时延伸到6个月以上，使得其功能得到了大幅扩展，能够满足更为广泛的军事需求。可长期在轨动作的上面级有利于提高卫星在轨部署的灵活性；能够为已在轨卫星提供轨道转移服务；能够为航天器提供多种类型的在轨服务，提升航天器的使用价值；可以携带天基武器长期在轨驻留，极大提高空间威慑力；可以为空间科学实验提供一个极佳的平台。卫星轨道转移方案，目前有两种，一种是利用卫星自身推进系统，进行轨道转移，需要在卫星中配置较大规模的推进系统，造成入轨后卫星重量较大，影响卫星性能；另一种是利用上面级完成对卫星的轨道转移，由于上面级为独立的飞行器，需要配置完整的电子系统，自身干重较大，影响卫星入轨的有效质量。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：为了克服现有技术的不足，提供了一种在轨可分离的卫星推进服务系统，利用卫星电子系统，有效提升卫星的发射重量。本专利技术的技术解决方案是：一种在轨可分离的卫星推进服务系统，包括卫星平台及推进服务系统，卫星平台包括能源模块、控制模块；推进服务系统包括结构模块、推进模块、驱动单元、供电接口模块被动端和数据交互模块被动端，卫星平台的底部设置有第一对接框、供电接口模块主动端和数据交互模块主动端，结构模块的顶部设置有第二对接框，结构模块的底部设置有第三对接框，第二对接框与第三对接框通过六边形的桁架结构固定连接；推进模块中的推进剂贮箱及气瓶对称置于桁架结构中，第二对接框与第一对接框固定连接，第三对接框与运载器的对接框固定连接；供电接口模块和数据交互模块同时与驱动单元连接，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端连接，通过能源模块为驱动单元和推进模块供电；数据交互模块主动端与数据交互模块被动端连接，将卫星平台中的控制模块指令传递给推进服务系统中的驱动单元；运载器与推进服务系统分离后，卫星平台的控制模块通过数据交互模块向驱动单元发送指令，驱动推进模块工作，将卫星平台由转移轨道运送至目标轨道；到达目标轨道后，第二对接框与第一对接框分离，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端分离，数据交互模块主动端与数据交互模块被动端分离。六边形的桁架结构由6组呈直角三角形的径向支撑板、6块外侧矩形支持板、1块六边形底板及7个金属连接器构成，其中径向支撑板和外侧矩形支持板的高度可根据推进剂贮箱高度的增加而增加，实现整个舱段的可扩展，第三对接框的外接圆与六边形底板固连，以第三对接框中心为原点，沿径向布置6块尺寸相同的径向支撑板，各径向支撑板的一个锐角与第三对接框固连，另一个锐角汇聚于中心，与金属连接器固连。6块外侧矩形支持板与六边形底板和径向支撑板固连，形成6个三棱柱型空间，其中4个较大空间用于安装贮箱，2个较小的空间用于安装气瓶、管路和阀门。径向支撑板的直角处均布置有金属连接器，用于固连外侧矩形舱板、贮箱顶部拉杆、气瓶顶部支撑板及舱顶对接框转换支架；4个贮箱底部直接安装在第三对接框上，贮箱顶部通过拉杆与各自顶点四周的三个金属连接器连接，2个气瓶底部直接安装在第三对接框上，气瓶顶部通过三角形支撑连接板与三个金属连接器连接，7个金属连接器处于同一安装平面，顶部与对接框转换支架连接。第二对接框由6块三角形支撑连接板和1个标准对接框构成，各三角形支撑连接板底部的一个角与金属连接器固连，另一个角与径向支撑板直角处金属连接器固连，顶部一个角与标准对接框固连。驱动单元包括电源模块、阀门驱动模块、压力采集模块、温度采集模块、和温度控制模块，驱动单元通过星表可分离插头与卫星控制分系统、数管分系统和供配电分系统连接，卫星向推进服务舱提供电源母线，通过1553B数据总线发送指令、采集数据。推进模块基于卫星双组元统一推进系统，包括压力传感器、电爆阀、自锁阀、推力器、变轨发动机、气瓶、推进剂管路和推进剂贮箱，压力传感器、电爆阀、自锁阀、推进剂管路布置在六边形底板的中心位置上。对称安装的两块三角形支撑连接板的底边中心位置设置有两组姿控推力器，两组姿控推力器连线垂直的位置的金属连接器上设置有两组姿控推力器，在六边形底板中心位置安装有大推力发动机。发射状态推进服务系统与卫星本体形成的组合体横向一阶频率不小于10Hz，纵向一阶频率不小于30Hz。推进剂总重与推进服务系统总重比值不小于0.83。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：(1)本专利技术相比于上面级，推进服务舱与卫星一体化设计，控制、能源、导航、测量等模块与卫星复用，大幅降低了推进服务舱干重，提升了载干比，实现了航天器资源的高效利用；(2)本专利技术相比现有卫星自身的推进系统，在轨可分离的卫星推进服务系统将卫星送至指定空间位置后，第二对接框与卫星的第一对接框机械分离，供电接口模块主动端与被动端分离，数据交互模块主动端与被动端分离，与卫星彻底分离，卫星利用自身推进系统实现完成后续的定点及轨道维持任务，降低卫星入轨后的自重，有利于提升平台的控制精度，降低卫星平台轨道维持所消耗的推进剂；(3)本专利技术推进模块基于卫星双组元统一推进系统，采取挤压式工作模式，与泵压式推进系统相比，变轨发动机具备在轨频繁启动的能力，相比于上面级，可完成较为复杂的轨道机动任务。附图说明图1为本专利技术推进服务平台与卫星电接口示意图；图2为本专利技术推进服务系统结构示意图；图3为本专利技术六边形桁架结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细地描述：一种在轨可分离的卫星推进服务系统，包括卫星平台及推进服务系统，以实现降低卫星入轨重量，提升卫星性能；同时解除大型推进系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在轨可分离的卫星推进服务系统，其特征在于：包括卫星平台及推进服务系统，卫星平台包括能源模块、控制模块；推进服务系统包括结构模块、推进模块、驱动单元、供电接口模块被动端和数据交互模块被动端，卫星平台的底部设置有第一对接框、供电接口模块主动端和数据交互模块主动端，结构模块的顶部设置有第二对接框(7)，结构模块的底部设置有第三对接框，第二对接框与第三对接框通过六边形的桁架结构固定连接；推进模块中的推进剂贮箱(5)及气瓶对称置于桁架结构中，第二对接框与第一对接框固定连接，第三对接框与运载器的对接框固定连接；供电接口模块和数据交互模块同时与驱动单元连接，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端连接，通过能源模块为驱动单元和推进模块供电；数据交互模块主动端与数据交互模块被动端连接，将卫星平台中的控制模块指令传递给推进服务系统中的驱动单元；运载器与推进服务系统分离后，卫星平台的控制模块通过数据交互模块向驱动单元发送指令，驱动推进模块工作，将卫星平台由转移轨道运送至目标轨道；到达目标轨道后，第二对接框与第一对接框分离，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端分离，数据交互模块主动端与数据交互模块被动端分离。...

【技术特征摘要】
1.一种在轨可分离的卫星推进服务系统，其特征在于：包括卫星平台及推进服务系统，卫星平台包括能源模块、控制模块；推进服务系统包括结构模块、推进模块、驱动单元、供电接口模块被动端和数据交互模块被动端，卫星平台的底部设置有第一对接框、供电接口模块主动端和数据交互模块主动端，结构模块的顶部设置有第二对接框(7)，结构模块的底部设置有第三对接框，第二对接框与第三对接框通过六边形的桁架结构固定连接；推进模块中的推进剂贮箱(5)及气瓶对称置于桁架结构中，第二对接框与第一对接框固定连接，第三对接框与运载器的对接框固定连接；供电接口模块和数据交互模块同时与驱动单元连接，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端连接，通过能源模块为驱动单元和推进模块供电；数据交互模块主动端与数据交互模块被动端连接，将卫星平台中的控制模块指令传递给推进服务系统中的驱动单元；运载器与推进服务系统分离后，卫星平台的控制模块通过数据交互模块向驱动单元发送指令，驱动推进模块工作，将卫星平台由转移轨道运送至目标轨道；到达目标轨道后，第二对接框与第一对接框分离，供电接口模块主动端与供电接口模块被动端分离，数据交互模块主动端与数据交互模块被动端分离。2.如权利要求1所述的一种在轨可分离的卫星推进服务系统，其特征在于：六边形的桁架结构由6组呈直角三角形的径向支撑板(2)、6块外侧矩形支持板(3)、1块六边形底板(9)及7个金属连接器(4)构成，其中径向支撑板(2)和外侧矩形支持板(3)的高度可根据推进剂贮箱(5)高度的增加而增加，实现整个舱段的可扩展，第三对接框的外接圆与六边形底板(9)固连，以第三对接框中心为原点，沿径向布置6块尺寸相同的径向支撑板(2)，各径向支撑板(2)的一个锐角与第三对接框固连，另一个锐角汇聚于中心，与金属连接器(4)固连。3.如权利要求2所述的一种在轨可分离的卫星推进服务系统，其特征在于：6块外侧矩形支持板(3)与六边形底板(9)和径向支撑板(2)固连，形成6个三棱柱型空间，其中4个较大空间用于安装贮箱(5)，2个较小的空间用于安装气瓶(6)、管路和阀门。4.如权利要求3所述的一种在轨可分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文，李永，宋涛，梁军强，王斌，刘锦涛，丁凤林，马云华，郭蕾，杨南基，陈磊，孙鲲，解舫，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11