一种无线缆高密度立方星及其装配方法与流程

本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及一种无线缆高密度立方星及其装配方法。

背景技术：

立方星始于1999年美国加州理工学院和斯坦福大学的一项科学研究。根据立方星设计标准，规定质量为1kg，结构尺寸为10cm×10cm×10cm的立方体为一单元，使得立方星成为微纳卫星的通用标准。随着微纳技术、一体化多功能结构、增材制造技术、集成化综合电子系统等技术的发展及其在立方星上的应用，这给立方星的设计带来了创新，卫星性能得到进一步的提高，使卫星信息处理能力得到增强，上下行带宽增加，控制精度提高，有效载荷能力增强，最重要的是提高了立方星的可靠性。与传统卫星相比，立方星主要有以下特点：立方星平台的部组件趋向标准化、模块化；采用微机电系统、商用现货器件进行研制；立方星体积小、成本低、发射方式灵活，易于组成星座。立方星成为航天领域最活跃的研究方向之一，并成功应用于对地观测、科学探测、新技术验证和航天教育等领域，逐渐成为空间系统的一个重要组成部分。

目前立方星仍参照大卫星的设计制造模式，具体表现为：采用传统的机加工方式；在空间布局上载荷与卫星平台是相分离的，卫星平台由各分系统独立设计符合pc104标准的单机pcb模块依次堆叠而成；载荷以及各单机之间的信息流和配电流通过pc104以及电缆连接。这种设计存在系统集成度不高、整星功能密度低、安装和调试不便等缺点。立方星平台各分系统只是简单通过堆叠和电缆连接的方式进行联系，没有考虑到星上资源的充分共享，造成了资源的浪费。现有立方星各分系统单机间的pc104及电缆连接方式很大程度上限制了卫星的布局形式，不能充分利用整星空间，且插拔式单机安装会使得系统存在一定的不可靠性。在测试过程中需经历单机测试——分系统级测试——整星电测等环节，测试过程中板间机械接口和电连接器需多次安装和插拔，层叠式的整星结构对测试人员的开放程度不够，给测试带来了诸多不便。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种无线缆高密度立方星及其装配方法，能够实现立方星综合电子系统和整星布局的一体化设计，提高系统集成度、功能密度以及可靠性，并且能够大幅度缩短测试流程。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种无线缆高密度立方星，包括主结构框架、太阳能电池阵、天线板、星上综合电子系统、动量轮、陀螺仪、磁力矩器、遥感相机、蓄电池组、相机紧固架、丝杆，所述主结构框架通过增材制造技术加工，包括上端盖和星壳体，所述上端盖位于所述星壳体的顶部，所述动量轮、陀螺仪、磁力矩器和相机紧固架固定于星壳体内，所述遥感相机固定于相机紧固架内，所述星上综合电子系统是通过将一块整的电路板经过折叠后形成的一多层电路板并将该多层电路板放置于星壳体内，所述丝杆穿过所述多层电路板，丝杆的上端与所述上端盖固定连接，下端与星壳体的底部固定连接，所述太阳能电池阵固定在主结构框架的侧壁上，所述天线板固定在主结构框架的底部。

进一步地，所述星上综合电子系统包括多块pcb板，板间通过柔性电路板进行连接从而将星上各系统集成到一块整的电路板上。

进一步地，所述遥感相机是cmos遥感相机。

进一步地，所述蓄电池组通过电池固定片固定在星壳体内。

进一步地，所述上端盖上设置有遥感相机镜头所需的窗口。

进一步地，所述丝杆数量为3个，分别设置在多层电路板的三个不同的位置。

一种根据上述所述的无线缆高密度立方星的装配方法，包括以下步骤：

步骤一：在星壳体的底端及侧面的框架上有3对沉头螺纹孔，通过沉头螺钉将三根磁力矩器分别固定在星壳体内坐标系的x/y/z方向上；

步骤二：在星壳体内的一侧装配面的上面部设置4个沉头螺纹孔，通过沉头螺钉将陀螺仪固定在所述装配面上；

步骤三：在星壳体内的一侧所述装配面的下面部分设计有8个沉头螺纹孔，通过沉头螺钉将两个动量轮固定在所述装配面上；

步骤四：在星壳体内的一侧所述装配面上设计有2对沉头螺纹孔，通过沉头螺钉将两个相机定位支架固定在装配面上；

步骤五：通过4个螺钉将相机紧固环固定在相机定位支架上，并将所述遥感相机固定在相机紧固环内从而实现了相机的固定与安装；

步骤六：将一块整的电路板经过折叠后形成的一多层电路板并将该多层电路板放置于星壳体内，电路板间由隔柱来控制板间距离；

步骤七：将三根丝杆依次套入所述多层电路板上的3个安装螺纹孔内，并将三根丝杆底端的外螺纹固定于星壳体的底面上，另外将与所述多层电路板连接的竖直设置的电池板固定在星壳体内的框架上；

步骤八：先将上端盖上的镜头窗口与遥感相机的镜头对准，再将上端盖上的4个支撑块上的螺纹孔与星壳体框架上的安装孔对齐，通过沉头螺钉将上端盖安装固定于星壳体的顶部；

步骤九：所述星壳体底部的4个的支撑脚上设置有4个沉头安装孔，通过沉头螺钉将天线板安装固定在星壳体底面上；

步骤十：所述星壳体的框架上设置若干安装沉头螺纹孔，通过沉头螺钉将太阳能电池阵安装在星壳体四周。

本发明的有益效果为：

本发明涉及的一种新型一单元立方星结构，遵循了立方星一般标准尺寸的规定，采用fpc结合增材制造技术，以载荷为中心设计立方星综合电子系统和整星布局，实现了星上综合电子一体化与各系统间的无缆化，卫星平台与相机载荷的一体化，实现了立方星的高密度集成，提高了立方星内部空间的利用率。不同于现有立方星层叠式调试方式，通过软硬板结合技术可以采用电路板平铺式调试方式，可避免调试过程中电路板的拆卸和电连接器的插拔，提高了可靠性，缩短了卫星的调试开发周期。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明无线缆高密度立方星的部分结构示意图。

图2是本发明无线缆高密度立方星的结构分解示意图。

图3是本发明无线缆高密度立方星的部分结构示意图。

图4是本发明无线缆高密度立方星的部分结构示意图。

图5是本发明无线缆高密度立方星综合电子系统平铺式示意图。

图6是本发明无线缆高密度立方星综合电子系统的折叠结构图。

具体实施方式

本发明首先遵循一单元立方星标准的尺寸要求，通过集成标准一单元立方星结构。立方星综合电子系统设计集合柔性电路板和传统印制电路板的优势，将星上各系统集成到一块电路板上，弱化分系统在电路板上的界限，共享星上资源，整星电子学高度集成，实现星上综合电子一体化与各系统间的无缆化。利用增材制造技术加工出复杂机械结构，不再拘泥于现有卫星平台与载荷部分在空间上相互独立的思想，以搭载的遥感相机为中心，将整块电路板有序折叠在载荷周围，实现了卫星平台与载荷一体化设计，极大地提升了整星的功能密度和设计的灵活性。

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

结合图1-4，一种无线缆高密度立方星，包括主结构框架1、太阳能电池阵2、天线板3、星上综合电子系统4、动量轮5、陀螺仪6、磁力矩器7、遥感相机8、蓄电池组9、相机紧固架10、丝杆11，所述主结构框架1通过增材制造技术加工，包括上端盖101和星壳体102，所述上端盖101位于所述星壳体102的顶部，星壳体102主要用来装配星上部组件，底面设计了用于固定电路板的安装孔，所述动量轮5、陀螺仪6、磁力矩器7和相机紧固架10固定于星壳体102内，所述遥感相机8固定于相机紧固架10内，所述星上综合电子系统4是通过将一块整的电路板经过折叠后形成的一多层电路板并将该多层电路板放置于星壳体102内，所述丝杆11穿过所述多层电路板，丝杆11的上端与所述上端盖101固定连接，下端与星壳体102的底部固定连接，所述太阳能电池阵2固定在主结构框架1的侧壁上，所述天线板3固定在主结构框架1的底部。

进一步地，所述星上综合电子系统4包括多块pcb板，板间通过柔性电路板进行连接从而将星上各系统集成到一块整的电路板上。

进一步地，所述遥感相机8是cmos遥感相机。

进一步地，所述蓄电池组9通过电池固定片12固定在星壳体102内。

进一步地，所述上端盖101上设置有遥感相机8镜头所需的窗口，其中上端盖101为满足载荷遥感相机对地观测，留出镜头视场所需大小的窗口，星壳体102主要用来装配星上部组件，底面设计了用于固定电路板的安装孔。

进一步地，所述丝杆11数量为3个，分别设置在多层电路板的三个不同的位置。

进一步地，上端盖101上设计了4个6.5mm×6.5mm的支撑块，星壳体102底面上设计了4个10mm×10mm的支撑脚，在星壳体102的框架上设计若干直径2mm安装沉头螺纹孔，通过若干m2沉头螺钉将太阳能电池阵2安装在星壳体四周，保证了一单元立方星结构的表面光滑性，在星壳体102的装配面上设计了4个直径2mm的安装沉头螺纹孔，通过4个m2沉头螺钉固定mems陀螺仪6；同样的在装配面上设计8个直径2mm的安装沉头螺纹孔，通过8个m2沉头螺钉固定两个动量轮5；同样的在装配面上设计2对直径2mm的安装沉头螺纹孔，通过4个m2沉头螺钉固定两幅相机定位支架1001，再通过4个m2螺钉将相机紧固环1002固定在相机定位支架1001上；同样的在星壳体102框架的x/y/z方向上加工3对沉头螺纹孔，通过m2沉头螺钉固定三根磁力矩器7，将想蓄电池组9安放至电池板409的槽内，通过电池固定片12压紧，电池固定片上有m2的通孔，通过m2的螺钉配合m2的螺母将其固定。

结合图5和图6，本实施例的进一步技术方案是：图5展示的是星上综合电子系统4的平铺式图，图6展示的是星上装叠后的效果图，需要说明的是电路板是按一定的方向进行折叠的，星上电路板上设计有3个安装螺纹孔，通过三根丝杆11依次将其套入，电路板间由隔柱来控制板间距离，每根丝杆11的两头加工了长30mm的外螺纹，用于和上端盖101、星壳体102底面进行连接。

下面结合图5，本发明提供的一单元立方星星上综合电子系统4包括9块pcb板，板间通过柔性电路板进行连接，通过一定的折叠方式满足星上装配要求。这里对星上综合电子系统4的折叠方式进行描述：步骤1电路板401为通信板，平铺时正面朝上，折叠时保持其位置不变；步骤2电路板402为gps板，平铺时反面朝上，将其正面折叠至通信板反面上；步骤3电路板403为磁强计板，平铺时正面朝上，将其正面折叠至gps板反面上；步骤4电路板404为姿控计算机板，平铺时反面朝上，将其正面折叠至磁强计板反面上；步骤5电路板405为姿控驱动控制板，平铺时正面朝上，将其正面折叠至姿控计算机板反面上；步骤6电路板406为能源控制板，平铺时反面朝上，将其正面折叠至姿控驱动控制板反面上；步骤7电路板407为能源转换板，平铺时正面朝上，将其正面折叠至能源控制板反面上；步骤8电路板408为星务计算机板，将其正面折叠至能源转换板反面上。综上所述，星上综合电子系统4折叠完后的效果图如图6所示，除电池板409是竖直放置，其余电路板以层叠的方式进行装配。

本实施例的无线缆高密度立方星的装配方法，包括以下步骤：

步骤一：在星壳体102的底端及侧面的框架上有3对沉头螺纹孔，通过m2的沉头螺钉将三根磁力矩器7分别固定在星壳体102内坐标系的x/y/z方向上；

步骤二：在星壳体102内的一侧装配面的上面部设置4个沉头螺纹孔，通过m2的沉头螺钉将陀螺仪6固定在所述装配面上；

步骤三：在星壳体102内的一侧所述装配面的下面部分设计有8个沉头螺纹孔，通过m2的沉头螺钉将两个动量轮5固定在所述装配面上；

步骤四：在星壳体102内的一侧所述装配面上设计有2对沉头螺纹孔，通过m2的沉头螺钉将两个相机定位支架1001固定在装配面上；

步骤五：通过4个螺钉将相机紧固环1002固定在相机定位支架1001上，并将所述遥感相机8固定在相机紧固环1002内从而实现了相机的固定与安装；

步骤六：将一块整的电路板经过折叠后形成的一多层电路板并将该多层电路板放置于星壳体102内，电路板间由隔柱来控制板间距离，所述隔柱套设在丝杆11的外部；

步骤七：将三根丝杆11依次套入所述多层电路板上的3个安装螺纹孔内，并将三根丝杆11底端的外螺纹固定于星壳体102的底面上，另外将与所述多层电路板连接的竖直设置的电池板409固定在星壳体102内的框架上；

步骤八：先将上端盖101上的镜头窗口与遥感相机8的镜头对准，再将上端盖101上的4个支撑块上的螺纹孔与星壳体102框架上的安装孔对齐，通过m2.5的沉头螺钉将上端盖101安装固定于星壳体102的顶部；

步骤九：所述星壳体102底部的4个的支撑脚上设置有4个沉头安装孔，通过m2.5的沉头螺钉将uhf/vhf天线板3安装固定在星壳体102底面上；

步骤十：所述星壳体102的框架上设置若干直径2mm安装沉头螺纹孔，通过若干m2沉头螺钉将太阳能电池阵2安装在星壳体102四周。综上所述，整星的装配后如图2所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。