一种标准模块化微小卫星系统的制作方法

1.本发明涉及一种模块化的卫星架构。


背景技术：

2.近年来，微小卫星由于其质量轻、体积小、发射周期短、性能高、成本低等方面的诸多优点，在通信、遥感、科研、军事等各领域得到关注。微小卫星生产周期短、成本较低，能够适应快速研制、应急发射的特殊需求，使其得到美国、俄罗斯等很多航天大国的重视。
3.卫星架构的传统设计方法是根据具体任务对分系统进行定制化设计，导致设计出的卫星系统各异、接口形式多样、质量大、成本高。公用平台的设计方法具有一定的通用性，然而由于卫星应用市场的日益繁荣，卫星的种类和数量不断的增加，用户对卫星的研发周期和成本的要求也越来越严格。可见目前的这两种设计方法都难以实现微小卫星高性能、短周期和低成本的研制目标。
4.现有模块化的卫星架构的设计，如专利号为201810130591.2的专利，公开了一种模块化卫星架构，未提出明确的功能应用，并且扩展性不足，通用性不够。
5.专利号为201580068138.8的专利，公开了一种被优化以制作微卫星的模块架构，模块是正方形，依次向上堆叠，其扩展性不足，通用性不够。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有卫星架构扩展性不足，通用性不够的问题，提供了一种标准模块化微小卫星系统。
7.本发明的一种标准模块化微小卫星系统，包括多个抽屉式结构单元、标准连接结构、转接单元和外挂单元；
8.多个抽屉式结构单元的规格相同，且每个抽屉式结构单元中均配置有对应的功能单元；
9.标准连接结构包括接插件、机械接口和台阶式止口；
10.接插件固定于抽屉式结构单元的外侧壁，且接插件与对应的抽屉式结构单元内部的功能单元电气连接；
11.机械接口的数量为多个，分布固定于抽屉式结构单元的外侧壁；
12.台阶式止口包括相适配的凹台阶止口和凸台阶止口；
13.凹台阶止口设于抽屉式结构单元侧板的上表面，凸台阶止口设于抽屉式结构单元底板的下表面；
14.多个抽屉式结构单元组合为至少一组拼接单元，每组拼接单元中的多个抽屉式结构单元纵向层叠，纵向层叠为多个抽屉式结构单元在沿自身高度方向上堆叠；
15.在每组拼接单元中，相邻的两层抽屉式结构单元之间通过对应的机械接口连接；相邻的两层抽屉式结构单元之间通过对应的接插件电气连接，使得对应的拼接单元之间电气连接；且上层抽屉式结构单元的凸台阶止口嵌入下层抽屉式结构单元的凹台阶止口中；
16.转接单元包括多个加强层板，且所有拼接单元的顶部和底部分别覆盖并固定有一个加强层板；
17.外挂单元包括至少一个载荷；
18.载荷通过位于拼接单元顶部的加强层板固定于拼接单元的上方。
19.本发明的有益效果是：
20.以上拼装方式可满足卫星对不同运载的空间要求，抽屉式结构单元作为卫星各模块的主体安装结构，采用层叠的方式装配到星体结构内，可以保证卫星的整体性和刚度，满足卫星对力学性能的要求。抽屉式结构单元具有统一的安装接口，各模块、单元之间即可快速拼接，支持三维堆叠拼接方式，可快速完成多维平台集成与结构重构。
21.同时由于所有抽屉式结构单元都具有统一的安装接口，抽屉式结构单元可根据不同的载荷和任务需求进行灵活扩展，扩展模块的类型和数量可根据任务需求灵活配置，可有效避免由于模块扩展给卫星设计、制造等带来的研制周期大幅增加的影响，其工程实现性强，便于卫星的产业化生产和商业化应用。
附图说明
22.图1为本发明一实施方式中的抽屉式结构单元和标准连接结构的配合结构示意图；
23.图2为本发明一实施方式中的通过抽屉式结构单元和标准连接结构所配置成的一种姿轨测量与姿态控制组件的俯视结构示意图；
24.图3为本发明一实施方式中的通过抽屉式结构单元和标准连接结构所配置成的一种姿轨测量与姿态控制组件的俯视结构示意图；
25.图4为本发明一实施方式中的通过抽屉式结构单元和标准连接结构所配置成的一种电源组件的俯视结构示意图；
26.图5为本发明一实施方式中的一种标准模块化微小卫星系统的结构示意图；
27.图6为本发明一实施方式中的一种标准模块化微小卫星系统的结构示意图；
28.图7为本发明一实施方式中的一种标准模块化微小卫星系统的结构示意图。
具体实施方式
29.在本实施方式中，一种标准模块化微小卫星系统，包括多个抽屉式结构单元1、标准连接结构、转接单元和外挂单元；
30.多个抽屉式结构单元1的规格相同，且每个抽屉式结构单元1中均配置有对应的功能单元；
31.标准连接结构包括接插件2
‑
1、机械接口2
‑
2和台阶式止口2
‑
3；
32.接插件2
‑
1固定于抽屉式结构单元1的外侧壁，且接插件2
‑
1与对应的抽屉式结构单元1内部的功能单元电气连接；
33.机械接口2
‑
2的数量为多个，分布固定于抽屉式结构单元1的外侧壁；
34.台阶式止口2
‑
3包括相适配的凹台阶止口和凸台阶止口；
35.凹台阶止口设于抽屉式结构单元1侧板的上表面，凸台阶止口设于抽屉式结构单元1底板的下表面；
36.多个抽屉式结构单元1组合为至少一组拼接单元，每组拼接单元中的多个抽屉式结构单元1纵向层叠，纵向层叠为多个抽屉式结构单元1在沿自身高度方向上堆叠；
37.在每组拼接单元中，相邻的两层抽屉式结构单元1之间通过对应的机械接口2
‑
2连接；相邻的两层抽屉式结构单元1之间通过对应的接插件2
‑
1电气连接，使得对应的拼接单元之间电气连接；且上层抽屉式结构单元1的凸台阶止口嵌入下层抽屉式结构单元1的凹台阶止口中；
38.转接单元包括多个加强层板3，且所有拼接单元的顶部和底部分别覆盖并固定有一个加强层板3；
39.外挂单元包括至少一个载荷4
‑
1；
40.载荷4
‑
1通过位于拼接单元顶部的加强层板3固定于拼接单元的上方。
41.具体地，针对微小卫星的发展特点和现有的技术问题，本发明提出了一种标准化模块化微小卫星的设计方法与系统架构，如图5～7所示，包括：抽屉式结构单元1、标准连接结构、转接单元、外挂单元。
42.其中，抽屉式结构单元1具有固定的尺寸和标准化的结构，各抽屉式结构单元1之间、抽屉式结构单元1与加强层板3之间均通过定义标准化的标准连接结构实现相互连接，可快速拼接，支持三维堆叠拼接方式，可快速完成多维平台集成与结构重构。
43.如图1所示，标准连接结构包括接插件2
‑
1，抽屉式结构单元1框架上、下分别设有的形状、大小相适应的机械接口2
‑
2，以及台阶式止口2
‑
3。
44.如图5～7所示，转接单元包括多个加强层板3和底部支架6。
45.外挂单元包括载荷4
‑
1和太阳帆板4
‑
2。
46.各抽屉式结构单元1可根据不同的载荷4
‑
1和任务需求进行灵活扩展，抽屉式结构单元1可根据数量(或高度)的不同可组装成不同的卫星功能模块。扩展的卫星功能模块的类型和数量可根据任务需求灵活配置。
47.抽屉式结构单元1组成的卫星功能模块和转接单元一起通过堆叠的方式组装成卫星主体结构，堆叠方式可以为纵向堆叠。卫星功能模块尺寸、机械接口2
‑
2均为标准化的通用化设计。
48.纵向堆叠时，纵向相邻的上下两层抽屉式结构单元1通过台阶式止口2
‑
3进行拼接。上下两层抽屉式结构单元1可通过侧壁处的接插件2
‑
1进行电连接，或根据卫星功能要求抽屉式结构单元1内部装有功能单元的具有电气连接结构的电路板时，抽屉式结构单元1的底部根据实际情况可以镂空设置，电路板自身带有接插件，将上下两层两个抽屉式结构单元1通过电路板上的接插件进行电连接或数据传输。
49.外挂单元通过加强层板3侧部和底部支架6预留接口进行连接，接口采用标准化机械接口。
50.上述的，标准连接结构和加强层板3保证了卫星的整体性和刚度，满足卫星对力学性能的要求。
51.在一些实施方式中，多组拼接单元纵向层叠设置，且纵向相邻的两组拼接单元之间通过一个加强层板3连接固定。
52.具体地，拼接单元的组数根据卫星的具体功能要求决定，且每组拼接单元中抽屉式结构单元1的层数最大为n，n为大于2的整数；
53.多组拼接单元纵向层叠设置，且相邻的两组拼接单元之间通过一个加强层板3连接固定。
54.如图7所示，卫星功能模块和转接单元间隔堆叠。n此时为5，即一个拼接单元最多由5个抽屉式结构单元1堆叠组成。而两个纵向堆叠的拼接单元，通过中间的加强层板3进行连接固定，进一步保证了卫星的整体性和刚度，满足卫星对力学性能的要求。
55.在一些实施方式中，同一层相邻的抽屉式结构单元1之间通过短边相对应进行拼接。
56.具体地，相邻两个加强层板3之间设有拼接单元，拼接单元的组数根据卫星的具体功能要求决定；同一层可以有多个抽屉式结构单元1，抽屉式结构单元1之间通过短边相对应进行拼接。
57.在一些实施方式中，同一层相邻的抽屉式结构单元1之间通过长边相对应进行拼接。
58.具体地，相邻两个加强层板3之间设有拼接单元，拼接单元的组数根据卫星的具体功能要求决定；同一层可以有多个抽屉式结构单元1，抽屉式结构单元1之间通过长边相对应进行拼接。
59.即上述的，由抽屉式结构单元1组成的卫星功能模块和转接单元一起通过堆叠的方式组装成卫星主体结构，根据不同任务的要求和运载空间的要求可进行多种形式的拼装，堆叠方式除纵向堆叠，还包括横向短边拼接和横向长边拼接。横向长边拼接为每层两个抽屉式结构单元1以长边相接进行直接拼装或分开拼接，通过加强层板3实现上下拼接。
60.如图6所示，拼接单元的拼接方式还可以是横向长边拼接，即通过抽屉式结构单元1的长边侧板连接进行组装拼接。
61.并且，载荷4
‑
1的数量根据卫星功能要求决定，若载荷面积过大，超过横向上的拼接单元面积，则可以通过将卫星横向上以短边拼接(长边相连)的方式加一组抽屉式结构单元，或者在现有结构上做支撑架的方式将载荷固定。如图6所示横向上拼接单元的数量为2，载荷4
‑
1的数量为2，若此时一个拼接单元对应一种卫星功能模块，则载荷4
‑
1对应于不同的卫星功能模块可以是不同的载荷。
62.同理，拼接单元的拼接方式为横向短边拼接，即通过抽屉式结构单元1的短边侧板连接进行组装拼接。
63.在一些实施方式中，加强层板3包括与抽屉式结构单元1适配的机械接口2
‑
2；
64.位于拼接单元顶部的加强层板3的下表面设有凸台阶止口；
65.位于拼接单元底部的加强层板3的上表面设有凹台阶止口；
66.位于拼接单元之间的加强层板3的上表面和下表面分别设有凹台阶止口和凸台阶止口。
67.具体地，机械接口2
‑
2和台阶式止口2
‑
3均为标准化的通用化设计。使得加强层板3与抽屉式结构单元1也能够通过此种通用设计的标准连接结构进行拼接。
68.在一些实施方式中，相邻两个加强层板3之间的一个或多个拼接单元配置为一个卫星功能模块，卫星功能模块为gps接收机、测控应答机或电源控制器。
69.具体地，抽屉式结构单元1可根据数量(或高度)的不同可组装成不同的模块，包括gps接收机、测控应答机和/或电源控制器等。
70.如图2所示，抽屉式结构单元1被配置为一种姿轨测量与姿态控制组件，包括抽屉式结构单元1和机械接口2
‑
2，以及位于抽屉式结构单元1中的磁强计8，正装飞轮9和光纤陀螺10。
71.如图3所示，抽屉式结构单元1被配置为另一种姿轨测量与姿态控制组件，除与上述执行机构相同的结构抽屉式结构单元1和机械接口2
‑
2，以及位于抽屉式结构单元1中的正装飞轮9、光纤陀螺10和斜装飞轮11。
72.如图4所示，抽屉式结构单元1被配置为电源组件，包括抽屉式结构单元1，机械接口2
‑
2和接插件2
‑
1，以及位于抽屉式结构单元1中的蓄电池12。
73.三种组件可与其他组件拼装在一起，从而在蓄电池9或飞轮、光纤陀螺10等发生故障时，对抽屉式结构单元1进行更换和维修，缩短维修、更换或制作时间，延长卫星使用寿命，缩短研制周期。
74.在一些实施方式中，还包括姿轨测量与姿态控制模块13和星箭分离装置5；
75.姿轨测量与姿态控制模块13位于拼接单元的下方，并与拼接单元连接固定；
76.星箭分离装置5位于姿轨测量与姿态控制模块13的下方，并与姿轨测量与姿态控制模块13连接固定。
77.在一些实施方式中，转接单元还包括底部支架6；
78.底部支架6位于姿轨测量与姿态控制模块13的下方，且星箭分离装置5通过底部支架6与姿轨测量与姿态控制模块13连接固定。
79.进一步地，还包括gps天线7；
80.gps天线7固定于底部支架6中。
81.在一些实施方式中，外挂单元还包括至少一个太阳帆板4
‑
2；
82.太阳帆板4
‑
2与加强层板3连接固定。
83.具体地，根据拼接方式的不同提出不同的拼装方案。
84.如图5所示，提供一种基于标准模块化微小卫星系统的拼装方案，包括：加强层板3、一个载荷4
‑
1、太阳帆板4
‑
2、磁力矩器4
‑
3、姿轨测量与姿态控制模块13和星箭分离装置5，以及位于加强层板3之间的多个抽屉式结构单元1，其中抽屉式结构单元1为纵向堆叠组装。
85.如图6所示，提供另一种基于标准模块化微小卫星系统的拼装方案，此拼装方案具有与图5相同的结构，包括：加强层板3、太阳帆板4
‑
2、位于加强层板3之间的多个抽屉式结构单元1，以及星箭分离装置5；此外，还包括两个载荷4
‑
1、底部支架6和gps天线7，以及姿轨测量与姿态控制模块13。抽屉式结构单元1在纵向拼接的基础上，还进行横向短边拼接，每层两个抽屉式结构单元1，以短边相接(长边相连)的方式进行拼装，通过加强层板3实现上下拼接。