一种服务空间分离载荷的可靠分离系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种服务空间分离载荷的可靠分离系统及方法，系统包括：电分离连接器、切割器、防脱落火工锁、供/充电管理模块和分离控制器；电分离连接器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离主手段，切割器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离备用手段，切割器用于当电分离连接器无法正常分离时切割电缆实现分离；防脱落火工锁用于连接电分离连接器的插头和插座；供/充电管理模块用于对分离载荷的充电和供电管理；分离控制器用于控制电分离连接器、切割器和防脱落火工锁。本发明专利技术针对分离载荷长期在轨可能出现真空冷焊导致传统电分离连接器无法进行正常电分离的问题，通过设计切割器作为备份手段来确保可靠分离。作为备份手段来确保可靠分离。作为备份手段来确保可靠分离。

【技术实现步骤摘要】
一种服务空间分离载荷的可靠分离系统及方法


[0001]本专利技术涉及空间电源
，尤其涉及一种服务空间分离载荷的可靠分离系统及方法。

技术介绍

[0002]随着用户需求的不断涌现，航天器应用场景不断翻新，具有分离载荷的新型任务开始出现，该载荷通常需保证在轨运行几年后仍具有于卫星平台安全可靠分离的能力，分离后卫星平台能够继续工作并为分离载荷提供支持，分离载荷自身带有储能单元具有分离后独立工作一段时间的能力。
[0003]传统多舱组合体航天器通常采用电分离连接器来实现多舱之间的电气分离。但是目前这类航天器从发色入轨至舱间分离间隔时间通常较短，此过程最长航天器为“天问一号”火星探测器，时间不足一年。真空冷焊导致的分离载荷与卫星平台供电和通信电缆电气分离风险并不突出。但分离载荷往往需要在卫星平台中在轨储存五年甚至更长时间，真空冷焊会导致平台与分离载荷之间的电气电缆插针和插孔冷焊在一起，电分离连接器恐无法实现电分离的目标。
[0004]因此，面对在轨长期储存分离载荷的新型航天器，需设计服务空间分离载荷的可靠分离系统，保证载荷和平台安全可靠分离。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种服务空间分离载荷的可靠分离系统及方法，旨在实现分离载荷与卫星平台的安全可靠分离。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提出一种服务空间分离载荷的可靠分离系统，包括：电分离连接器、切割器、防脱落火工锁、供/充电管理模块和分离控制器；
[0007]其中，所述电分离连接器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离主手段，所述切割器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离备用手段，所述切割器用于当所述电分离连接器无法正常分离时切割电缆实现分离；
[0008]所述防脱落火工锁用于连接所述电分离连接器的插头和插座，防止分离载荷分离后松动的所述电分离连接器的插头碰撞卫星平台或分离载荷；
[0009]所述供/充电管理模块用于对分离载荷的充电和供电管理，满足分离载荷分离前为分离载荷充电或供电；
[0010]所述分离控制器用于控制所述电分离连接器、切割器和防脱落火工锁。
[0011]本专利技术的进一步技术方案是，所述电分离连接器包括所述插座、所述插头和锁紧机构，所述插座固定安装在分离载荷端，所述插头柔性安装在卫星平台端，所述锁紧机构用于所述插头和所述插座的紧固与分离。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是，所述切割器固定安装在卫星平台端，用于分离载荷无法正常分离时切割所述电分离连接器的插头后端的电缆。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是，所述防脱落火工锁安装于所述电分离连接器的所述插头和插座两端，安装时留有一定的活动空间，起到连接所述电分离连接器的所述插头和插座的作用；
[0014]当分离载荷已经正常分离时，起爆所述防脱落火工锁，所述电分离连接器的所述插头和插座解除连接；
[0015]若所述电分离连接器未正常分离，所述切割器切割电缆后存在所述电分离连接器的所述插头松动的风险，所述防脱落火工锁将所述电分离连接器的插头和插座保持连接状态。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是，所述供/充电管理模块为四开关拓扑架构。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是，所述供/充电管理模块包括MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4，一个电感和两个电容，其中；
[0018]当卫星平台的母线端电压较分离载荷的储能单元电压高时，所述供/充电管理模块工作在降压模式，MOS管g3处于常开，MOS管g4处于常闭，MOS管g1和MOS管g2互斥开断；
[0019]当卫星平台的母线端电压较分离载荷的储能单元电压低时，所述供/充电管理模块工作在升压模式，MOS管g1处于常开，MOS管g2处于常闭，MOS管g3和MOS管g4互斥开断；
[0020]当卫星平台的母线端电压与分离载荷的储能单元电压相等时，MOS管g1和MOS管g3常通，MOS管g2和MOS管g4常断；
[0021]当处于故障模式时，MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4处于常断。
[0022]本专利技术的进一步技术方案是，所述供/充电管理模块工作在充电模式时的控制逻辑为：
[0023](a)、当充电电流I
charge
小于等于1.5倍蓄电池能够承受的最大电流i
ref
，同时蓄电池电压V
in
大于蓄电池最低电压V
bat_low
时，所述分离控制器进入充电控制中：储能单元电压参考U
ref
与储能单元实时电压U
bat
进行比较并经过PI调节器，其输出与储能单元所能充电的最大电流i
ref
进行取小运算，取小运算的结果与储能单元实时充电电流I
charge
比较，并通过PI调节器以形成脉冲宽度调制PWM波形；
[0024](b)、当充电电流I
charge
大于1.5倍蓄电池能够承受的最大电流i
ref
，或者蓄电池电压V
in
小于等于蓄电池最低电压V
bat_low
时，所述分离控制器进入短路故障或者欠压故障模式，MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4均处于关断状态；
[0025](c)、当蓄电池完成充电即I
charge
＜0.01A时，蓄电池充电结束，所述分离控制器MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4置于断开状态。
[0026]本专利技术的进一步技术方案是，所述供/充电管理模块工作在供电模式时的控制逻辑为：
[0027](a)、当分离载荷母线电流I
bus_R
小于等于1.5倍载荷能够承受的最大电流i
bus_ref
，同时母线电压V
bus_R
大于供电安全电压V
bus
x
low
时，将母线电压V
bus_R
与供电安全电压V
bus_low
进行比较并经过PI调节器，其输出与分离载荷母线电流I
bus_R
进行比较和PI运算，以形成脉冲宽度调制PWM波形；
[0028](b)、当母线电流I
bus_R
大于1.5倍载荷能够承受的最大电流i
bus_ref
，或者母线电压V
bus_R
低于供电安全电压V
bus_low
时，所述分离控制器进入短路故障或者欠压故障模式，MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4均处于关断状态。
[0029]本专利技术的进一步技术方案是，分离载荷包括载荷用电设备和储能单元，在分离载荷与卫星平台的供电、充电接口处设计置单向的二极管。
[0030]为实现上述目的，本专利技术还提出一种服务空间分离载荷的可靠分离方法，所述方法包括以下步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，包括：电分离连接器、切割器、防脱落火工锁、供/充电管理模块和分离控制器；其中，所述电分离连接器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离主手段，所述切割器为实现卫星平台与分离载荷的电气分离备用手段，所述切割器用于当所述电分离连接器无法正常分离时切割电缆实现分离；所述防脱落火工锁用于连接所述电分离连接器的插头和插座，防止分离载荷分离后松动的所述电分离连接器的插头碰撞卫星平台或分离载荷；所述供/充电管理模块用于对分离载荷的充电和供电管理，满足分离载荷分离前为分离载荷充电或供电；所述分离控制器用于控制所述电分离连接器、切割器和防脱落火工锁。2.根据权利要求1所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述电分离连接器包括所述插座、所述插头和锁紧机构，所述插座固定安装在分离载荷端，所述插头柔性安装在卫星平台端，所述锁紧机构用于所述插头和所述插座的紧固与分离。3.根据权利要求2所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述切割器固定安装在卫星平台端，用于分离载荷无法正常分离时切割所述电分离连接器的插头后端的电缆。4.根据权利要求3所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述防脱落火工锁安装于所述电分离连接器的所述插头和插座两端，安装时留有一定的活动空间，起到连接所述电分离连接器的所述插头和插座的作用；当分离载荷已经正常分离时，起爆所述防脱落火工锁，所述电分离连接器的所述插头和插座解除连接；若所述电分离连接器未正常分离，所述切割器切割电缆后存在所述电分离连接器的所述插头松动的风险，所述防脱落火工锁将所述电分离连接器的插头和插座保持连接状态。5.根据权利要求4所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述供/充电管理模块为四开关拓扑架构。6.根据权利要求5所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述供/充电管理模块包括MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4，一个电感和两个电容，其中；当卫星平台的母线端电压较分离载荷的储能单元电压高时，所述供/充电管理模块工作在降压模式，MOS管g3处于常开，MOS管g4处于常闭，MOS管g1和MOS管g2互斥开断；当卫星平台的母线端电压较分离载荷的储能单元电压低时，所述供/充电管理模块工作在升压模式，MOS管g1处于常开，MOS管g2处于常闭，MOS管g3和MOS管g4互斥开断；当卫星平台的母线端电压与分离载荷的储能单元电压相等时，MOS管g1和MOS管g3常通，MOS管g2和MOS管g4常断；当处于故障模式时，MOS管g1、MOS管g2、MOS管g3和MOS管g4处于常断。7.根据权利要求6所述的服务空间分离载荷的可靠分离系统，其特征在于，所述供/充电管理模块工作在充电模式时的控制逻辑为：(a)、当充电电流I
charge
小于等于1.5倍蓄电池能够承受的最大电流i
ref
，同时蓄电池电压V
in
大于蓄电池最低电压V
bat_low
时，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东，张晓峰，刘奕宏，谷雨，李海津，汪静，张东来，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：