可层叠扁平卫星的制作方法

本发明涉及卫星，具体地讲，涉及可层叠扁平卫星(pancakesatellite)。

背景技术：

卫星以及其它航天器用于包括通信、导航、观测和研究的多种不同的用途。然而，向太空发射卫星是昂贵的。

造成发射卫星的高成本有许多因素。此外，这些因素约束了卫星设计决策。对卫星设计决策的两个最基本的约束是发射载具所支持的卫星数量以及用于发射载具的有效载荷整流罩的几何形状(这给卫星的几何形状设限)。

因此，期望的是卫星设计支持在发射载具上储存不止一个卫星。还期望的是具有优化卫星的几何形状以便用在有效载荷整流罩的几何形状内的卫星设计。

因此，需要改进卫星的设计。本发明满足此需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的限制，并且为了克服通过阅读并理解本说明书将变得显而易见的其它限制，本发明公开了一种层叠卫星系统、该层叠卫星系统的发射方法以及用于该层叠卫星系统中的卫星的制造方法。

该层叠卫星系统包括被配置为层叠在发射载具的有效载荷整流罩内的多个卫星。卫星在发射之前按照层叠柱状配置被设置在发射载具的有效载荷整流罩内。所述多个卫星包括至少一个顶部卫星，所述至少一个顶部卫星在发射载具的有效载荷整流罩内垂直地设置在至少一个底部卫星的顶部，其中，结构承载顶部卫星和底部卫星二者发射载荷。在到达轨道时，从发射载具的有效载荷整流罩被动地施放(dispense)卫星。

各个卫星包括彼此铰接的多个区段，其中，所述区段在发射之前被折叠或旋转在一起，在到达轨道展开时远离彼此打开或旋转。当被折叠在一起时区段的外周轮廓为卵形、椭圆形、圆形或多边形形状。当被折叠在一起时区段保持大致平坦的外形。

多个区段中的第一区段是卫星主体，其具有充当热辐射器的第一侧以及包括至少一个天线(在一个实施方式中，包括多波束天线)的与第一侧相反的第二侧。多个区段中的第一区段还包括安装在热辐射器上或随热辐射器安装的总线和有效载荷单元。

多个区段中的第二区段包括与卫星主体的第一侧相邻附接的至少一个太阳能电池板(可能是两个或更多个太阳能电池板)，其中，来自太阳的光被太阳能电池板转换为电。在一个实施方式中，太阳能电池板包括被配置为至少部分地折叠到自身上的多段阵列。

多个区段中的第三区段包括与卫星主体的第二侧相邻附接的至少一个溅板式反射器(splashplatereflector)，其中，地球和卫星的天线之间的射频信号被溅板式反射器反射。

卫星主体具有在第一侧上的腔室以及在第二侧上的中空区域，使得当被折叠在一起时，太阳能电池板被折叠并装入中空区域内，天线被设置在腔室内，并且溅板式反射器与天线相邻储存在腔室中。

在一个实施方式中，热辐射器和太阳能电池板被设置在中空区域内，并且太阳能电池板包括多个可折叠太阳能电池阵，其在被折叠时被包封在中空区域内。在另一实施方式中，太阳能电池板包括具有大致相同形状的多个面板组件，并且所述多个面板组件各自折叠在彼此上以装配在中空区域内。

当被展开时，太阳能电池板远离卫星主体的第一侧旋转，以使得太阳能电池板指向太阳，并且溅板式反射器远离卫星主体的第二侧旋转以引导地球和天线之间的信号。采用一个或更多个机构来保持太阳能电池板指向太阳，溅板式反射器指向地球，并且热辐射器指向太空中。

一种发射层叠卫星系统的方法包括以下步骤：将多个卫星层叠在发射载具的有效载荷整流罩内，其中，所述多个卫星中的每一个如上所述配置；使用发射载具将所述多个卫星发射到轨道中；以及在到达轨道时从发射载具的有效载荷整流罩顺次地(serially)施放所述多个卫星中的每一个。在一个实施方式中，在到达轨道时从发射载具的有效载荷整流罩被动地施放卫星。

利用设置在卫星主体上的至少一个助推器通过以下操作保持轨道调相：使卫星主体旋转以使得实现助推器的期望的推力角，对助推器进行点火，然后在将助推器点火之后使卫星主体恢复到其原始位置。

附图说明

现在参照附图，附图中相似的术语和标号始终表示对应部分：

图1是根据一个实施方式的被配置为层叠在发射载具的有效载荷整流罩内的可层叠扁平卫星的侧视图。

图2a是根据一个实施方式的多个卫星的侧视图。

图2b是根据一个实施方式的卫星的层叠体的俯视图。

图3示出卫星的层叠体的三个俯视图，示出不同的可能横截面。

图4a示出根据一个实施方式的可层叠扁平卫星的另一示例。

图4b示出根据一个实施方式的图4a的卫星的侧视图。

图4c示出根据一个实施方式的图4a的卫星的俯视图。

图4d示出根据一个实施方式的按照层叠柱状配置设置在发射载具的有效载荷整流罩内的多个卫星。

图5示出根据一个实施方式的在轨道上的展开的卫星。

图6示出卫星的一个实施方式的横截面图，其中，各种嵌入式系统被设置在卫星主体中的分离的区段内。

图7是根据一个实施方式的卫星或航天器制造方法的流程图。

图8是根据一个实施方式的图7中制造的卫星或航天器的部件的例示。

具体实施方式

在以下对优选实施方式的描述中，参照附图，所述附图形成优选实施方式的一部分，附图中通过例示示出了可实践本发明的特定实施方式。将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可使用其它实施方式并且可进行结构改变。

概述

可层叠扁平卫星由多个区段组成，这些区段折叠或旋转在一起成平坦配置以便于发射，并且当在轨道中展开时远离彼此打开或旋转。这些区段包括具有热辐射器和天线的卫星主体、太阳能电池板、以及便于通过天线发送和接收信号的溅板式反射器。当被折叠成平坦配置时，多个卫星层叠在发射载具的有效载荷整流罩内。

技术细节

图1是根据一个实施方式的被配置为层叠在发射载具的有效载荷整流罩内的可层叠扁平卫星100的侧视图。在此实施方式中，卫星100是包括彼此铰接的多个大致平坦的区段、部分或面板102、104、106的平台，其中，区段102、104、106折叠或旋转在一起以便于发射，并且当到达轨道被展开时远离彼此打开或旋转。在此实施方式中，卫星100是三面板航天器。

卫星100的多个区段中的第一区段102是卫星主体102，该卫星主体102具有充当热辐射器108的第一平坦侧(顶侧)以及与第一侧相反的包括至少一个天线110的第二侧(底侧)。第一区段102还可包括安装在热辐射器108上或者随热辐射器108安装的总线和有效载荷单元(未示出)。天线110可包括多波束或相控阵列天线110，其包括服务和馈电链路阵列(未示出)。

卫星100的多个区段中的第二区段104包括至少一个太阳能电池板104，所述太阳能电池板104与卫星主体102的第一侧相邻附接，其中太阳能电池板104的太阳能有效表面背离卫星主体102指向太阳，其中，来自太阳的光被太阳能电池板104的一个或更多个太阳能电池转换为电。

卫星100的多个区段中的第三区段106包括与卫星主体102的第二侧相邻附接的至少一个溅板式反射器106，其中，地球与天线110之间的射频(rf)信号112被溅板式反射器106反射。

当被展开时，太阳能电池板104远离卫星主体102的第一侧(顶侧)旋转，以使得太阳能电池板104指向太阳，溅板式反射器106远离卫星主体102的第二侧(底侧)旋转以引导地球和天线110之间的信号112。

本文中所使用的术语顶/底、上/下以及左/右是描述所描述的组件的相对位置的相对术语。将理解，卫星100在太空中相对于观测者可处于任何取向，从而这些术语可采取对应不同的值。

可采用一个或更多个机构来保持太阳能电池板104指向太阳，溅板式反射器106指向地球，并且热辐射器108指向冷太空中。优选地，所有这些在卫星100在轨道上遵循环轨以保持指向地球的信号112同时发生。

图2a是多个卫星200a、200b、200c、200d、200e和200f的侧视图，各个卫星包括卫星主体202、至少一个太阳能电池板204以及至少一个溅板式反射器206。多个卫星200a、200b、200c、200d、200e和200f折叠并布置成层叠体208，以使得它们可被装入发射载具(未示出)的有效载荷整流罩内以便于发射。尽管图2a示出布置成层叠体208的六个卫星200a、200b、200c、200d、200e和200f，这并不旨在限制，任何数量的卫星200可如此布置。

图2b是层叠体208的俯视图，示出当被折叠在一起时卫星200a、200b、200c、200d、200e和200f的区段的外周轮廓大致成卵形或椭圆形形状。

图3示出卫星层叠体300、302和304的三个俯视图，示出卫星的不同的可能横截面，包括大致圆形300、六边形302和八边形304横截面。在各种实施方式中，当被折叠在一起并层叠时，各个卫星的区段的外周轮廓为圆形300或多边形(例如，六边形302、八边形304等)形状。也可使用其它横截面。

图4a示出根据一个实施方式的可层叠扁平卫星400的另一示例。在此实施方式中，卫星400包括卫星主体402、两个或更多个太阳能电池板404a、404b、天线406(包括c和ka频带阵列)以及溅板式反射器408。卫星主体402具有在第一侧上的腔室以及在第二侧上的中空区域，使得当被折叠在一起时，包括两个太阳能电池板404a、404b的第二区段被折叠并装入中空区域内。热辐射器(未示出)也被设置在中空区域内。在卫星主体402的相反侧，天线406被储存在卫星主体402的腔室内。包括溅板式反射器408的第三区段与天线406相邻储存在腔室中。

在一个实施方式中，太阳能电池板404a、404b中的每一个包括具有大致相同形状的多个面板组件，所述多个面板组件各自折叠在彼此上以装配在中空区域内。在另一实施方式中，太阳能电池板404a、404b中的每一个包括多段阵列，所述多段阵列被配置为在被装入中空区域内之前至少部分地折叠到自身上。

还示出了助推器410，所述助推器410附接至卫星主体402的外面板。在一个实施方式中，卫星400可利用一个助推器410或者任何数量的独立助推器410使用“全电推进”。

图4b示出根据一个实施方式的图4a的卫星400的侧视图。示出当被折叠时卫星主体402、两个太阳能电池板404a、404b和溅板式反射器406的相对位置。多边形收尾(closeout)构件412围绕腔室覆盖卫星主体402的第一侧。

图4c示出根据一个实施方式的图4a的卫星400的俯视图。该俯视图示出卫星主体402的六边形蛋笼(egg-crate)结构414。

图4d示出根据一个实施方式的在发射之前设置在发射载具420的有效载荷整流罩418内的成层叠柱状配置416的多个卫星400。多个卫星400包括在发射载具420的有效载荷整流罩418内垂直地设置在至少一个底部卫星400的顶部的至少一个顶部卫星400，其中，结构承载顶部卫星和底部卫星400二者的发射载荷。在到达轨道时，层叠体416中的各个卫星400被动地从发射载具420的有效载荷整流罩418顺次地施放，而无需使用专用施放设备，但是也可使用主动施放。

图5示出根据一个实施方式的在轨道上的展开的卫星500。在此实施方式中，卫星500由卫星主体502、太阳能电池板504和溅板式反射器506组成，其中，太阳能电池板504和溅板式反射器506附接在卫星主体502上的不同点处。卫星主体502具有充当热辐射器508的第一侧(右侧)以及包括集成天线510的与第一侧相反的第二侧(左侧)。

太阳能电池板504和溅板式反射器506二者均被示出被展开。当被展开时，太阳能电池板504远离卫星主体502旋转，以使得太阳能电池板504指向太阳。类似地，当被展开时，溅板式反射器506远离卫星主体502旋转以引导地球和天线510之间的信号512。

在卫星主体502顶部的箭头514指示绕卫星主体502的中心(天底)轴的偏航取向，以保持太阳能电池板504指向太阳(即，在两个轴上垂直于太阳)，溅板式反射器506指向地球，并且热辐射器508背离太阳指向冷太空中。

另外，至少一个助推器516附接至卫星主体502的一端或者卫星主体502上的另一合适的位置，以保持轨道调相。在一个实施方式中，助推器516是单个固定的助推器，但是在其它实施方式中使用具有相同推力方向的多个较小的助推器。这样保持轨道调相：(例如，利用反作用轮)周期性地旋转卫星主体502以使得实现助推器516的期望的推力角，对助推器516进行点火，然后在将助推器516点火之后使卫星主体502恢复到其原始位置。该处理可在不存在业务需求时(例如，leo卫星500在海洋上方和/或星座中的另一卫星可暂时吸收额外容量时)在轨道保持窗口期间执行。

图6示出卫星600的一个实施方式的横截面图，其中，卫星主体602具有六边形蛋笼结构604(其为承载层叠结构)。主体602包括由多个间断构件608限定的多个径向分离的区段，各个区段由外周面板610围绕，其中，间断构件608和相邻的外周面板610通过多个细长的角配件612来接合。储存在径向分离的区段中的各种嵌入式系统包括航空电子设备(avionics)616、功率控制器和电池618、其它有效载荷电子设备620、太阳能电池板驱动器622、倾斜反作用轮624、助推器626、包括储罐的助推器总成628以及溅板式反射器架630。当卫星600被层叠，使得顶部卫星600垂直地设置在底部卫星600上时，用于底部卫星600的多个细长的角配件612承载顶部卫星和底部卫星600二者的载荷。

卫星制造

本公开的实施方式可在如图7所示的卫星或航天器制造方法700的背景下描述，其中，所得卫星或航天器示出于图8中。

如图7所示，在生产前，示例性方法700可包括卫星800的规格和设计702以及材料采购704。在生产期间，进行卫星800的部件和分总成制造706以及系统集成708(包括制造本文所描述的卫星800、主体802、太阳能电池板804、溅板式反射器806以及各种系统808)。随后，卫星800可经受认证和配送710以便投入服务712。在发射之前，还可为卫星800安排维修服务714(包括修改、重新配置、改造等)。

方法700的各个处理可由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)来执行或完成。为了进行描述，系统集成商可包括(但不限于)任何数量的航天器制造商和主系统分包商；第三方可包括(但不限于)任何数量的卖方、分包商和供应商；运营商可以是卫星公司、军方实体、服务组织等。

如图8所示，通过示例性方法700制造的卫星800可包括主体802、太阳能电池板804和溅板式反射器806(如上面更详细描述的)，并且具有多个系统808。这些系统808的示例包括(但不限于)推进系统810、电气系统812、通信系统814和电力系统816中的一个或更多个。可包括任何数量的其它系统。

益处

从可层叠扁平卫星得到许多益处。此外，这些益处解决了关于可层叠扁平卫星的dfmat(制造、组装和测试的设计)问题。

例如，那些益处中的一些包括：

·系统、子系统、区段、面板、单元和部件被大批量制造和测试以减少成本。

·热辐射器提供将废热辐射到太空的直接路径而无需复杂和笨重热管。

·区段或面板可在生产线上的最佳相应工厂中被建造和测试：

o功能和性能测试极少(可能每航天器～1小时)；并且

o在认为适当时进行环境和老化测试。

·区段或面板被组装和层叠以便于发射：

o可能在发射场；并且

o互连和机构验证以外的航天器级别测试极少(可能每航天器～1小时)。

·可一次发射多个卫星，从而降低每卫星的发射成本。

通过可层叠扁平卫星解决了许多基本问题。例如，可层叠扁平卫星以最简单的方式将最大数量的航天器封装到整流罩中(即，使展开、折叠、热界面的数量最小化、省去了对热管的需要等)以提供最低成本和最高可靠性。

当航天器的性能由三个关键组件的区域(有效载荷孔径的区域、用于废热耗散的热辐射器的区域以及用于发电的太阳能电池板的区域)驱动时尤其如此。

尽管推进是重要问题，但它不如这三个关键组件重要。可层叠扁平卫星配置部分地通过非常适度的推进系统实现，这允许航天器的深度(例如，层叠体的高度)较小。这主要是由于适度的加速度要求。

可层叠扁平卫星配置通过选择较小的电动助推器的配置来增强，但是可利用包括传统化学助推器的其它助推器技术来实现。选择特定助推器技术是为了节省重量(大批量使用更容易制造的助推器)以及为了在最终集成时容易制造。

其它配置可能无法如此有效地被封装在整流罩中和/或以复杂的展开结束以实现期望的区域；因此，这是扁平卫星配置的优点。

在整个展开过程中，针对海拔为～500公里(km)至～1500km的近地轨道(leo)的优化始终是中心焦点。然而，可层叠扁平卫星始终可从实际上任何发射场使用任何发射载具被插入所有倾角。

根据本发明的发明构思的例示性、非排他性示例在下面的条款a1-c25中描述：

a1.根据本公开的一方面，提供一种层叠卫星系统，该层叠卫星系统包括：

多个卫星100，其被配置为层叠在发射载具420的有效载荷整流罩418内；

多个卫星100中的每一个包括彼此铰接的多个区段102、104、106，其中，所述区段在发射之前被折叠或旋转在一起，并且在到达轨道被展开时远离彼此打开或旋转；

多个区段中的第一区段102是卫星主体102，该卫星主体102具有充当热辐射器108的第一侧以及包括至少一个天线110的与第一侧相反的第二侧；

多个区段中的第二区段104包括与卫星主体102的第一侧相邻附接的至少一个太阳能电池板104，其中，来自太阳的光被太阳能电池板104转换为电；并且

多个区段中的第三区段106包括与卫星主体102的第二侧相邻附接的至少一个溅板式反射器106，其中，地球与卫星100的天线110之间的射频信号被溅板式反射器106反射；

当被展开时，太阳能电池板104远离卫星主体102的第一侧旋转，以使得太阳能电池板104指向太阳，并且溅板式反射器106远离卫星主体102的第二侧以引导地球和天线110之间的信号。

a2.有利地根据条款a1所述的系统，其中，当被折叠在一起时区段102、104、106的外周轮廓为卵形、椭圆形、圆形或多边形形状。

a3.有利地根据条款a1或a2所述的系统，其中，当被折叠在一起时区段102、104、106保持大致平坦的外形。

a4.有利地根据条款a1至a3中任一项所述的系统，其中，卫星主体402具有在第一侧上的腔室以及在第二侧上的中空区域，使得当被折叠在一起时，所述至少一个太阳能电池板404a被折叠并装入中空区域内，天线406被设置在腔室内，并且溅板式反射器408与天线相邻储存在腔室中。

a5.有利地根据条款a4所述的系统，该层叠卫星系统还包括：

多边形收尾构件412，所述多边形收尾构件412围绕腔室覆盖卫星主体402的第一侧；并且

热辐射器108和所述至少一个太阳能电池板404a被设置在中空区域内，并且太阳能电池板404a包括多个可折叠太阳能电池阵列，所述多个可折叠太阳能电池阵列在被折叠时被包封在中空区域内。

a6.有利地根据条款a4或a5所述的系统，其中，所述至少一个太阳能电池板404a包括具有大致相同形状的多个面板组件，并且所述多个面板组件各自折叠在彼此上以装配在中空区域内。

a7.有利地根据条款a1至a6中任一项所述的系统，其中，所述至少一个太阳能电池板包括两个或更多个太阳能电池板404a、404b。

a8.有利地根据条款a1至a7中任一项所述的系统，其中，所述至少一个太阳能电池板404a包括被配置为至少部分地折叠到自身上的多段阵列。

a9.有利地根据条款a1至a8中任一项所述的系统，其中，卫星在发射之前按照层叠柱状配置被设置在发射载具420的有效载荷整流罩418内。

a10.有利地根据条款a1至a9中任一项所述的系统，其中，所述多个卫星400包括至少一个顶部卫星400，所述至少一个顶部卫星400在发射载具420的有效载荷整流罩418内垂直地设置在至少一个底部卫星400的顶部，其中，结构承载顶部卫星和底部卫星400二者的发射载荷。

a11.有利地根据条款a1至a10中任一项所述的系统，其中，在到达轨道时从发射载具420的有效载荷整流罩418被动地施放卫星400。

a12.有利地根据条款a1至a11中任一项所述的系统，其中，所述多个区段中的第一区段包括安装在热辐射器108上或随热辐射器108安装的总线和有效载荷单元。

a13.有利地根据条款a1至a12中任一项所述的系统，其中，天线110包括多波束天线。

a14.有利地根据条款a1至a13中任一项所述的系统，其中，至少一个助推器410被附接至卫星主体402以保持轨道调相。

a15.有利地根据条款a1至a14中任一项所述的系统，其中，采用一个或更多个机构来保持太阳能电池板104指向太阳，溅板式反射器106指向地球，并且热辐射器108指向太空中。

b16.根据本公开的另一方面，提供一种发射层叠卫星系统的方法，该方法包括以下步骤：

将多个卫星100层叠在发射载具420的有效载荷整流罩418内，其中：

多个卫星100中的每一个包括彼此铰接的多个区段102、104、106，其中，所述多个区段102、104、106在发射之前被折叠或旋转在一起，并且在到达轨道被展开时远离彼此打开或旋转；

多个区段中的第一区段102是卫星主体102，该卫星主体102具有充当热辐射器108的第一侧以及包括至少一个天线110的与第一侧相反的第二侧；

多个区段中的第二区段104包括与卫星主体102的第一侧相邻附接的至少一个太阳能电池板104，其中，来自太阳的光被太阳能电池板104转换为电；并且

多个区段中的第三区段106包括与卫星主体102的第二侧相邻附接的至少一个溅板式反射器106，其中，地球与卫星100的天线110之间的射频信号被溅板式反射器106反射；

使用发射载具420将所述多个卫星100发射到轨道中；以及

在到达轨道时从发射载具420的有效载荷整流罩418顺次地施放所述多个卫星100中的每一个，使得当所述多个卫星100中的每一个被展开时，第二区段104远离卫星主体102的第一侧旋转以使得太阳能电池板104指向太阳，并且第三区段106远离卫星主体102的第二侧旋转以使得溅板式反射器106引导地球和天线110之间的射频信号。

b17.有利地根据条款b16所述的方法，其中，当被折叠在一起时区段102、104、106的外周轮廓为卵形、椭圆形、圆形或多边形形状。

b18.有利地根据条款b16或b17所述的方法，其中，当被折叠在一起时区段102、104、106保持大致平坦的外形。

b19.有利地根据条款b16至b18中任一项所述的方法，其中，卫星主体402具有在第一侧上的腔室以及在第二侧上的中空区域，使得当被折叠在一起时，所述至少一个太阳能电池板404a被折叠并装入中空区域内，天线406被设置在腔室内，并且溅板式反射器408与天线406相邻储存在腔室中。

b20.有利地根据条款b19所述的方法，其中：

多边形收尾构件412围绕腔室覆盖卫星主体402的第一侧；并且

热辐射器108和所述至少一个太阳能电池板404a被设置在中空区域内，并且太阳能电池板404a包括多个可折叠太阳能电池阵列，所述多个可折叠太阳能电池阵列在被折叠时被包封在中空区域内。

b21.有利地根据条款b16至b20中任一项所述的方法，其中，所述多个卫星400包括至少一个顶部卫星400，所述至少一个顶部卫星400在发射载具420的有效载荷整流罩418内垂直地设置在至少一个底部卫星400的顶部，其中，结构承载顶部卫星和底部卫星400二者的发射载荷。

b22.有利地根据条款b16至b21中任一项所述的方法，其中，在到达轨道时从发射载具420的有效载荷整流罩418被动地施放卫星400。

b23.有利地根据条款b16至b22中任一项所述的方法，其中，在到达轨道时采用一个或更多个机构来保持太阳能电池板104指向太阳，溅板式反射器106指向地球，并且热辐射器108指向太空中。

b24.有利地根据条款b16至b23中任一项所述的方法，其中，利用设置在卫星主体402上的助推器410通过以下操作保持轨道调相：使卫星主体402旋转以使得实现助推器410的期望的推力角，对助推器410进行点火，然后在将助推器410点火之后使卫星主体402恢复到其原始位置。

c25.根据本公开的另一方面，提供一种制造卫星100的方法，所述卫星100被配置为根据条款a1所述的层叠卫星系统与相同配置的一个或更多个其它卫星100一起层叠在发射载具420的有效载荷整流罩418内。

另选方式

上面所阐述的不同实施方式的描述是为了例示和描述的目的而被呈现，并非旨在为穷尽性的或者限于所公开的形式的实施方式。对于本领域普通技术人员而言许多修改和变化将是显而易见的。本发明的范围不由该详细描述限定，而是由所附权利要求书限定。