一种装备绿色常温推进系统的微小卫星

本发明涉及微小卫星设计领域，特别是一种装备绿色常温推进系统的微小卫星。

背景技术：

1、随着航天经济产业高速发展，国内外市场对卫星需求量大幅攀升，尤其是重量在200kg以内的微小卫星。与传统大型卫星相比，微小卫星具有质量轻、体积小、成本低、便于批量化生产和一箭多星等优势，是当前国际卫星产业发展的重点。

2、然而，微小卫星受制体积与重量，通常其难以配备化学推进系统，具体表现在如下方面。

3、1、现有在轨应用的200kg以内微小卫星发射入轨后仅依靠磁力矩器、飞轮等姿态控制器进行姿态调整和保持，无推进系统，使得面对复杂空间环境(流星、空间碎片、其它航天器等)，无法实施有效轨道变化进行自我防护。

4、2、微小卫星发射趋势是一箭多星，为提升发射效率，降低对运载火箭要求，通常是将卫星发射至一较低轨道，然后多星各自依靠自身轨道提升能力到达部署轨道位置，这就要求微小卫星具有强有力的推进系统以实施轨道提升。

5、3、最新国际国内相关法规要求卫星在寿命末期必须具备离轨能力，推进系统则是实现卫星离轨的最可靠方法之一。

6、4、当前装备化学推进系统的卫星基本都是大卫星，为实现长期在轨运行，几乎全部采用了常温剧毒推进剂的卫星推进系统，使得地面维护、准备流程复杂，推进剂也昂贵，对人员不友好，导致卫星成本居高不下。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种装备绿色常温推进系统的微小卫星，该装备绿色常温推进系统的微小卫星在总质量小于200kg的前提下，配备化学推进系统，且采用绿色无毒常温推进剂，从而实现百公斤级微小卫星的快速姿态与轨道控制，且卫星成本低，研制与发射安全性高。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种装备绿色常温推进系统的微小卫星，包括卫星本体、姿态与轨道控制分系统、推进分系统、太阳翼分系统、在轨操控分系统和辅助分系统。

4、卫星本体包括六块侧板和中间隔板；六块侧板分别为+x板、-x板、+y板、-y板、+z板和-z板，围合形成方形结构；其中，+x板和-x板所在x向与飞行轨道相平行，+x板位于行进方向的头部。

5、中间隔板位于卫星本体内，且与+x板相平行；中间隔板将卫星本体内腔分隔为推进腔和辅助控制腔；中间隔板上开设有挤压气瓶容纳孔。辅助控制腔能用于放置辅助分系统。

6、太阳翼分系统对称设置在+y板和-y板上，用于吸收太阳能。

7、在轨操控分系统设置在+x板和/或-y板上，能对空间目标进行捕获与操控。

8、姿态与轨道控制分系统包括轨道控制推力器和姿控推力器。

9、轨道控制推力器设置在-x板中心，且沿x向布设，轨道控制推力器的推进剂为煤油和过氧化氢；轨道控制推力器包括轨推喷注端和轨推尾喷管；其中，轨推喷注端位于推进腔内，轨推尾喷管位于卫星本体外侧。

10、姿控推力器的数量为2个或4个，对称布设在推进腔外侧的+y板、-y板、+z板和-z板上；每个姿控推力器均垂直于x向，且推进剂均为过氧化氢，均包括姿推喷注端和姿推尾喷管；其中，姿推喷注端位于推进腔内，姿推尾喷管位于卫星本体外侧。

11、推进分系统包括舱板、燃料贮箱、氧化剂贮箱和挤压气瓶。

12、舱板可拆卸式安装在邻近中间隔板的推进腔内。

13、燃料贮箱嵌设在舱板的中心，用于向轨推喷注端提供常温液态的煤油。

14、氧化剂贮箱和挤压气瓶位于燃料贮箱两侧；其中，氧化剂贮箱嵌设在舱板种，用于向轨推喷注端和姿推喷注端提供常温液态的过氧化氢；挤压气瓶安装在朝向中间隔板的舱板上，且部分穿过中间隔板上开设的挤压气瓶容纳孔，挤压气瓶用于煤油和过氧化氢的稳压挤压喷注。

15、挤压气瓶通过推进系统气路实现煤油和过氧化氢的稳压挤压喷注；推进系统气路设置在朝向中间隔板的舱板上；氧化剂贮箱通过氧化剂液路向轨推喷注端和姿推喷注端提供常温液态的过氧化氢；燃料贮箱通过燃料液路向轨推喷注端提供常温液态的煤油；氧化剂液路和燃料液路共同构成推进剂液路，推进系统液路设置在朝向+x板的舱板上。

16、推进分系统在x向的总长度不超过卫星本体内腔在x向长度的一半。

17、轨推喷注端和每个姿推喷注端均设置有过氧化氢分解室。

18、每个姿推喷注端中的推进剂喷嘴均为毛细管喷嘴。

19、轨道控制推力器和每个姿控推力器的身部材料均为铌钨合金。

20、微小卫星的总质量小于200kg，姿态与轨道控制分系统、推进分系统、太阳翼分系统、在轨操控分系统和辅助分系统通过质量配平，使得微小卫星的质心位于卫星本体的中心。

21、太阳翼分系统包括太阳翼、同步折叠机构和旋转机构。

22、太阳翼能在旋转机构的驱动下，绕x向旋转。

23、太阳翼能在同步折叠机构的驱动下，在+y板和-y板外侧进行折叠收纳与展开。

24、在轨操控分系统包括机械臂、手眼相机和末端执行机构。

25、机械臂具有两套，平行布设在+x板的顶部两侧；每套机械臂均具有6个方向的自由度。

26、末端执行机构设置在每套机械臂的末端，能与空间目标进行对接与操控。

27、手眼相机设置在每套机械臂的末端顶部，能监控对应末端执行机构的对接与操控过程。

28、辅助分系统包括星务分系统、电源分系统和通信分系统。

29、星务分系统分别与姿态与轨道控制分系统、推进分系统、太阳翼分系统、在轨操控分系统、电源分系统、热控分系统和通信分系统相连接，并通过通信分系统实现与地面系统的通信。

30、电源分系统通用于微小卫星的供电。

31、本发明具有如下有益效果：

32、1、本发明在总质量小于200kg的前提下，配备化学推进系统，且采用绿色无毒常温推进剂(过氧化氢和煤油)，从而实现百公斤级微小卫星的快速姿态与轨道控制，且卫星成本低，研制与发射安全性高。

33、2、本发明采用基于单个舱板的推进分系统，整个推进分系统与卫星本体的推进腔可拆卸连接，类似可拆卸的“推进背包”，能模块化独立地配置给卫星平台使用，而无需联合卫星进行大量耦合设计。

34、3、本发明中推进分系统的结构设置，且x向总长度不超过卫星本体内腔在x向长度的一半，使得推进分系统能与微小卫星的其余分系统进行配平，使得微小卫星的质心位于卫星本体的中心。另外，姿控推力器与轨控推力器共用氧化剂贮箱，系统得到显著简化，占用体积和质量缩小，使得200kg以内微小卫星装备推进系统成为可能。

35、4、姿控推力器采用过氧化氢单组元热分解产生推力，轨控推力器采用过氧化氢/煤油双组元燃烧产生推力，这样设计能保证轨控推力器推力更大、比冲更好。整个推进系统采用恒压挤压式推进剂系统方案，使得推进剂供应系统组部件大为简化。

技术特征：

1.一种装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：包括卫星本体、姿态与轨道控制分系统、推进分系统、太阳翼分系统、在轨操控分系统和辅助分系统；

2.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：挤压气瓶通过推进系统气路实现煤油和过氧化氢的稳压挤压喷注；推进系统气路设置在朝向中间隔板的舱板上；氧化剂贮箱通过氧化剂液路向轨推喷注端和姿推喷注端提供常温液态的过氧化氢；燃料贮箱通过燃料液路向轨推喷注端提供常温液态的煤油；氧化剂液路和燃料液路共同构成推进剂液路，推进系统液路设置在朝向+x板的舱板上。

3.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：推进分系统在x向的总长度不超过卫星本体内腔在x向长度的一半。

4.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：轨推喷注端和每个姿推喷注端均设置有过氧化氢分解室。

5.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：每个姿推喷注端中的推进剂喷嘴均为毛细管喷嘴。

6.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：轨道控制推力器和每个姿控推力器的身部材料均为铌钨合金。

7.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：微小卫星的总质量小于200kg，姿态与轨道控制分系统、推进分系统、太阳翼分系统、在轨操控分系统和辅助分系统通过质量配平，使得微小卫星的质心位于卫星本体的中心。

8.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：太阳翼分系统包括太阳翼、同步折叠机构和旋转机构；

9.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：在轨操控分系统包括机械臂、手眼相机和末端执行机构；

10.根据权利要求1所述的装备绿色常温推进系统的微小卫星，其特征在于：辅助分系统包括星务分系统、电源分系统和通信分系统；

技术总结
本发明公开了一种装备绿色常温推进系统的微小卫星，包括卫星本体、姿态与轨道控制分系统和推进分系统；卫星本体包括六块侧板和中间隔板；中间隔板将卫星本体内腔分隔为推进腔和辅助控制腔；姿态与轨道控制分系统包括推进剂为煤油和过氧化氢的轨道控制推力器和推进剂为过氧化氢的姿控推力器；推进分系统包括舱板、燃料贮箱、氧化剂贮箱和挤压气瓶；舱板可拆卸式安装在邻近中间隔板的推进腔内；燃料贮箱嵌设在舱板的中心，氧化剂贮箱和挤压气瓶位于燃料贮箱两侧。本发明能在总质量小于200Kg的前提下，配备化学推进系统，且采用绿色无毒常温推进剂，从而实现百公斤级微小卫星的快速姿态与轨道控制，且卫星成本低，研制与发射安全性高。

技术研发人员：周思引,聂万胜,陈朋,苏凌宇,包恒,黄卫东,钟战,汪洲,杨露,李新洪,阎凯,郭利明,马梁川
受保护的技术使用者：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14