【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置及方法，涉及面向配置在低地球轨道星座卫星上的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置及方法，属于低轨航天器测控领域。
技术介绍
1、近年来低轨大规模星座蓬勃发展，为星座卫星配置主动离轨装置是避免其成为空间碎片、进而影响空间环境安全和可持续性发展的重要手段。通过大气阻力降低航天器轨道高度的薄膜球载荷是主动离轨装置之一，具有离轨效率高、姿态稳定性好的特点，应用潜力极大。薄膜球是增阻离轨装置的一种，它由高强薄膜材料通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成球体形状，以全方面增加卫星的迎风面积。薄膜球装置具有优异的全向阻力特性，适应性强，装置在卫星上的安装面不受限制，成为巨型星座背景下很有应用前景的离轨方式。星座卫星在完成任务后，燃料往往没有完全耗尽，卫星元件完整度较高，仍然可以保留部分姿态控制功能和通信能力。此外，由于目前星座卫星的部署都是依赖一箭多星的分批发射技术，星座卫星在离轨过程中也会呈现出大规模、分批次的特点。可以利用此特点，在离轨过程中合理设置任务，以达到节约资源、提高星座工作效能的目的。
2、低轨大气环境是人类认识空间科学与地球物理的重要媒介，也是人类进出太空的必经之路。低轨大气是地球引力、太阳活动、地磁活动等复杂因素的综合结果，获取足够精确的低轨大气模型，并利用大量卫星测量数据不断校正和完善低轨大气模型，是亟待解决的难题。因此，亟需具有能够重复验证、修正功能的装置对真实的低轨空间大气进行全局探测。
3、传统低轨大气卫星存在成本高、研制周期长等
技术实现思路
1、针对配置在低地球轨道星座卫星上离轨-测量需求，本专利技术的主要目的是一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置及方法，基于贴片式压力传感器实现对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度测量，具有成本低、多星实时测量的优点；此外，采用球型薄膜装置充气展开增加星座卫星的迎风面积，从而增大对星座卫星离轨的大气阻力，提高星座卫星离轨效率。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
3、本专利技术公开的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置，搭载在星座卫星边缘，其中底端与星座卫星固定，顶端裸露在外，通过电路和通信网络与星座卫星相连。在所述星座卫星完成主任务后，提高所述星座卫星离轨效率，且能够对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度进行测量。所述星座卫星包含星载计算机、帆板、gnss模块、姿态控制模块、通信模块a和星座卫星外壳。
4、所述星载计算机用于实现如下功能：一是控制帆板的折叠和展开状态、并根据gnss模块获取到的位置数据和太阳的位置数据控制帆板相对于星座卫星的角度；二是控制gnss模块获取数据的频率，读取gnss模块获取到的位置数据；三是控制姿态控制模块实现星座卫星姿态的机动和维持星座卫星姿态的稳定，同时读取姿态控制模块当前的角动量状态，在即将到达极限角动量时进行动量卸载；四是控制通信模块a与地面基站、相邻星座卫星及低轨大气密度测量装置的通信模块b进行通信，并处理回传的大气密度值、轨道、姿态、指令执行状态信息；五是读取大气密度测量装置的贴片式压力传感器数据并处理，计算大气密度值；六是控制大气密度测量装置的压紧解锁机构由锁定状态切换为解锁状态，从而控制大气密度测量装置的充气系统启动。
5、帆板采用折展结构，板面双侧贴有太阳能电池，帆板固定于星座卫星外侧。帆板通过吸收太阳能转化为电能，为星座卫星及低轨大气密度测量装置提供电能。
6、gnss模块与星座卫星外壳内侧固定。gnss模块用于获取星座卫星当前的位置和速度数据，并将数据传给星载计算机。
7、姿态控制模块采用控制力矩陀螺组，姿态控制模块与星座卫星外壳内侧固定。姿态控制模块通过改变控制力矩陀螺组自身的三轴角动量，从而调整星座卫星的三轴姿态角和角速度，同时将自身的三轴角动量、星座卫星的三轴姿态角和角速度回传至星载计算机。
8、通信模块a与星座卫星外壳内侧固定。通信模块a与地面基站、相邻星座卫星及低轨大气密度测量装置中通信模块b进行通信，并双向传输数据。
9、星座卫星外壳主体为长方体状，通过螺栓和内部的隔板固定星座卫星部件中除星座卫星外壳外的所有部件，同时对各部件进行隔离，降低环境因素和部件间的干扰，起到固定、隔离与保护的作用。外壳采用合金结构材料。
10、本专利技术公开的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置，包括装置外壳、薄膜球、充气系统、贴片式压力传感器、压紧解锁机构和通信模块b。
11、装置外壳主体为一面开口、中间有隔板的空心长方体状，通过压紧解锁机构、螺栓和内部的隔板固定低轨大气密度测量装置部件中除装置外壳外的所有部件，同时对各部件进行隔离，降低环境因素和部件间的干扰，起到固定、隔离与保护的作用。外壳采用合金结构材料。所述装置外壳固定充气系统的面称为底端，与星座卫星固定；所述装置外壳固定薄膜球的面称为顶端。
12、薄膜球通过压紧解锁机构折叠封装，薄膜球固定在装置外壳内，薄膜球与充气系统相连。薄膜球通过充气系统充气展开为球型，增大环境摄动对星座卫星的阻力作用，同时薄膜球表面的贴片式压力传感器测量星座卫星受到的力。基于星座卫星受到的力实现对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度测量。
13、充气系统内置有产气材料和多孔板节流组件，充气系统通过管路与薄膜球连接，利用多孔板节流组件控制充气速度。通过充气系统为薄膜球充气，使折叠的薄膜球充气展开为球型。
14、贴片式压力传感器采用薄片式结构。贴片式压力传感器通过通信模块b与卫星的星载计算机相连；贴片式压力传感器分布在薄膜球表面，当薄膜球完全展开后，通过受力形变导致的电阻变化测量当前位置和时刻贴片式压力传感器受到的力。贴片式压力传感器成组布局在薄膜球表面，基于所有贴片式压力传感器数据和布局进行矢量计算，得到星座卫星受到的力，基于星座卫星受到的力实现对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度测量。
15、压紧解锁机构包括火工品爆炸螺栓和顶盖，火工品爆炸螺栓分布在顶盖内侧四角，将顶盖固定在装置外壳顶端，顶盖为尺寸与装置外壳一致的长方形合金薄片。在锁定状态时，顶盖压紧折叠后的薄膜球。爆炸螺栓内部装有炸药和点火器，在解锁状态时，炸药被引爆，使剪切锁剪断或者沿螺栓削弱槽断开，实现装置外壳和顶盖分离解锁，解除对薄膜球的压紧，使薄膜球能够充气展开。
16、通信模块b与装置外壳内侧固定。通信模块b与通信模块a、星载计算机通信，并双向传输数据。
17、本专利技术公开的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置，搭载在星座卫星边缘，其中底端与星座卫星固定，顶端裸露在外，通过电路和通信网络与星座卫星相连；在所述星座卫星完成主任务后，提高所述星座卫星离轨效率，且能够对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度进行测量；所述星座卫星包含星载计算机、帆板、GNSS模块、姿态控制模块、通信模块A和星座卫星外壳；
2.一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，基于如权利要求1所述的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置实现，其特征在于：包括如下步骤，
3.如权利要求2所述的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
4.如权利要求3所述的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，其特征在于：步骤四实现方法为，
5.如权利要求4所述的一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，其特征在于：步骤五实现方法为，
【技术特征摘要】
1.一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量装置，搭载在星座卫星边缘，其中底端与星座卫星固定，顶端裸露在外，通过电路和通信网络与星座卫星相连；在所述星座卫星完成主任务后，提高所述星座卫星离轨效率，且能够对星座卫星离轨过程中所经过区域的大气密度进行测量；所述星座卫星包含星载计算机、帆板、gnss模块、姿态控制模块、通信模块a和星座卫星外壳；
2.一种离轨与测量并行的低轨大气密度测量方法，基于如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：张景瑞，杨科莹，李林澄，张若楠，袁雨润，矫宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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