專利名稱：衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星控制，特別是涉及微小衛(wèi)星的姿態(tài)控制和熱控制，更具體 地說，本發(fā)明提供了 一種能同時實現(xiàn)上述兩種控制的 一體化執(zhí)行機構和其控制 方法。
背景技術：
微小衛(wèi)星具有體積小、重量輕、成本低以及功能密度高等技術特點，其在 通信、對地觀測、科學研究、技術演示、行星探測等諸多領域的應用日漸普及。 在微小衛(wèi)星的設計中，組部件的高密度集成和組部件的多功能化是實現(xiàn)微小衛(wèi) 星"好、快、省"設計目標的兩種有效途徑。
姿態(tài)控制和熱控制分系統(tǒng)是微小衛(wèi)星關鍵的核心組成部分，衛(wèi)星熱控分系 統(tǒng)的功能是在空間環(huán)境下為星上儀器設備提供合適的溫度環(huán)境，保證它們的正 常工作。隨著微小衛(wèi)星(特別是星載電子系統(tǒng))集成度的逐步提高，使得星載電子 系統(tǒng)的體積不斷減小、芯片集成密度不斷提高、熱流密度顯著增加，同目前工 業(yè)領域計算機芯片的散熱問題制約著筆記本電腦的發(fā)展一樣，熱控問題也將成 為微小衛(wèi)星需要解決的首要問題之一 。
衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)的功能是根據(jù)任務需求控制衛(wèi)星正確指向、保持指向軸 的穩(wěn)定，并根據(jù)需要改變衛(wèi)星指向。姿態(tài)控制執(zhí)行機構是對衛(wèi)星產(chǎn)生控制力矩， 改變衛(wèi)星姿態(tài)運動的裝置，其按照姿態(tài)控制器給出的控制指令，產(chǎn)生作用于衛(wèi) 星的力矩。目前，可用于衛(wèi)星主動姿態(tài)控制的執(zhí)行機構根據(jù)原理可分為質(zhì)量排 出式、動量交換式以及環(huán)境場式等。其中，動量交換式是利用衛(wèi)星內(nèi)部的動量 發(fā)生裝置與衛(wèi)星星體之間的角動量交換來實現(xiàn)姿態(tài)控制，具有無工質(zhì)消耗、無 污染以及對衛(wèi)星質(zhì)心運動不產(chǎn)生干擾等優(yōu)點，以飛輪為典型代表的動量交換式 姿態(tài)控制執(zhí)行機構在微小衛(wèi)星上得到廣泛應用。
目前，在衛(wèi)星上主要采用多層隔熱組件、熱控土層等被動散熱方式，由于 其主動調(diào)節(jié)能力不足，可能導致衛(wèi)星設備溫度過高或過低，嚴重時會導致整個熱控系統(tǒng)失效，無法正常工作。由于微小衛(wèi)星的整星熱容量和功率都很小，整 星溫度場更容易受到瞬態(tài)熱載荷的影響，因此微小衛(wèi)星必須具有更加有效的主 動調(diào)節(jié)能力，從熱控重量和需要的電加熱功耗上看，傳統(tǒng)的熱控百葉窗等熱控 方法也無法滿足對此要求非常苛刻的微小衛(wèi)星的要求，需要發(fā)展新型的主動熱 4空4支術和方法。
使用泵驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)的流體循環(huán)熱控是利用單相流體在管路及換熱裝置中 的強迫對流換熱，對衛(wèi)星內(nèi)設備的熱量進行收集、輸運、排散和利用的主動熱 控裝置，具有熱控能力強以及易于實現(xiàn)對較大范圍內(nèi)多個設備的熱管理等優(yōu)勢， 為解決衛(wèi)星高熱流密度散熱問題提供了 一條可行的技術途徑。
但是現(xiàn)有技術中，衛(wèi)星的姿態(tài)控制和熱控制均是兩套相對獨立的控制系統(tǒng)， 使用不同的控制策略和執(zhí)行機構，并無直接關聯(lián)。
發(fā)明內(nèi)容
本申請發(fā)明人思及流體循環(huán)熱控系統(tǒng)中液態(tài)工質(zhì)的沿流體回路做圓周運 動流動會產(chǎn)生一定的角動量，若能精確控制回路中液態(tài)工質(zhì)的流向和流速，根 據(jù)角動量守恒的原理，則依靠該系統(tǒng)中液態(tài)工質(zhì)和衛(wèi)星之間的角動量交換即可 實現(xiàn)微小衛(wèi)星的姿態(tài)控制?；谏鲜鏊枷耄景l(fā)明提出了衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控 制一體化執(zhí)行機構的創(chuàng)新方案。從僅用 一套分系統(tǒng)和執(zhí)行機構同時解決姿態(tài)控 制和熱控制的角度來說，本發(fā)明在構思上屬于開創(chuàng)性的發(fā)明。其目的包括但不 限于以下各個方面
1、 提高衛(wèi)星功能的集成化，解決現(xiàn)有衛(wèi)星的控制分系統(tǒng)，特別是小衛(wèi)星上 各個控制分系統(tǒng)的執(zhí)行機構和控制算法分立所帶來的裝置體積大和軟件程序復 雜的問題；
2、 提供一種主動的散熱方式，解決上述現(xiàn)有被動散熱方式中由于其主動調(diào) 節(jié)能力不足而導致的散熱效果不佳的缺陷；
3、 提供一種新的動量交換式衛(wèi)星姿態(tài)控制執(zhí)行機構；
4、 提供一種具有高熱流密度散熱功能并同時能夠提供單軸控制力矩的衛(wèi)星 姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構及實現(xiàn)姿態(tài)控制和熱控制的控制方法。
為達成上述目的，本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機' 構，包括串聯(lián)連接構成工質(zhì)循環(huán)回路的以下部分 儲液器，其內(nèi)存儲有液態(tài)工質(zhì)；循環(huán)泵組件，用于驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)以 一 定流速和流量在循環(huán)回路中流動； 熱交換回路，其包括第一流量分配閥和并列連接的熱交換裝置和第一旁通
支路，用于衛(wèi)星內(nèi)部元件的散熱；以及
輻射器/力矩器一體化裝置，其包括并列連接的至少兩條不同管路以及控制 液態(tài)工質(zhì)在所述不同管路中分配的裝置，用于將熱量散發(fā)到衛(wèi)星星體之外和對 衛(wèi)星姿態(tài)進行控制；
其中，所述熱交換回路和所述輻射器/力矩器一體化裝置順次連接，且在所 述工質(zhì)循環(huán)回路中流動有液態(tài)工質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，其中，所述輻射器/力矩器一體化裝置為單軸控 制裝置，包括第二流量分配閥和一組控制管路，所述一組控制管路包括分別與 該第二流量分配閥相連的順向管路和逆向管3各，所述順向管路和逆向管路中的 液態(tài)工質(zhì)流動的角動量方向相反。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述輻射器/力矩器一體化裝置為多軸控制裝 置，包括第三流量分配閥和分別與該第三流量分配閥相連的多組控制管路，其 中，每組所述控制管路均包括順向管路和逆向管路，所述順向管路和逆向管鴻-中的液態(tài)工質(zhì)流動的角動量方向相反。
同時，本發(fā)明還提供了 一種衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制 一體化執(zhí)行機構的控制 方法，該方法可使用上述執(zhí)行機構實現(xiàn)，所述方法包括
Sl:開啟循環(huán)泵組件，驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)在循環(huán)回路中流動；
S2:獲取衛(wèi)星的熱源溫度信息和姿態(tài)信息；
S3:計算期望的溫度控制量和姿態(tài)控制力矩；
S4:根據(jù)分配算法計算與所述溫度控制量和姿態(tài)控制力矩對應的第一流量 分配閥和輻射器/力矩器一體化裝置的控制指令；
S5:根據(jù)步驟S4計算的控制指令控制第一分配閥和輻射器/力矩器一體化 裝置動作，調(diào)節(jié)進入熱交換回路和輻射器/力矩器一體化裝置中液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量 流率和分配，進而實現(xiàn)衛(wèi)星的溫度控制和姿態(tài)控制。
本發(fā)明的有益效果在于，能夠?qū)崿F(xiàn)微小衛(wèi)星高熱流密度器件的散熱功能并 同時提供姿態(tài)控制的單軸或多軸控制力矩，實現(xiàn)了姿控與熱控執(zhí)行機構的功能 集成，提高了微小衛(wèi)星的功能密度，且具有結(jié)構簡單，成本低的優(yōu)點。
圖1是本發(fā)明的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構的實施例原理示意
圖2是本發(fā)明的輻射器/力矩器一體化裝置實施例一及其安裝位置的立體
圖3A、 3B分別是本發(fā)明的輻射器/力矩器一體化裝置實施例二及其安裝位 置的立體圖和平面示意圖4A、 4B分別是本發(fā)明輻射器/力矩器一體化裝置的實施例三及其安裝位 置的立體和平面示意圖5是基于本發(fā)明所提出的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構的控制 原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明上述特征和優(yōu)點作進一步的說明。為了敘述方便， 下面對本說明書和權利要求書中涉及的詞匯進行簡要說明。本文中，"順次，， 指按照液態(tài)工質(zhì)的傳遞路徑依照流經(jīng)順序，例如第一、第二、第三裝置"順 次"連接，是指第一裝置的輸出端連接第二裝置的輸入端；第二裝置的輸出端 連接第三裝置的輸入端，從而使液態(tài)工質(zhì)能在所述三個裝置之間流動，少于或 多于三個的裝置以此類推。"串聯(lián)連接"是指兩個或兩個以上裝置的各種排列 的順次連接的任何一種，亦即"串聯(lián)連接"對裝置的次序不加限定。"并列連 接"則是指兩個或兩個以上的裝置連接到共同的輸入和輸出端，液態(tài)工質(zhì)可在 并列連接的裝置之間分配。
圖1是本發(fā)明的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構的實施例原理示意 圖。在圖1中，該執(zhí)行機構為用于實現(xiàn)單軸姿態(tài)控制。
參照圖1 ,本發(fā)明的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構主要包括以下 部分儲液器1;循環(huán)泵組件2;第一流量分配閥7、并列連接的熱交換裝置8 和第一旁通支路構成的熱交換回路；以及輻射器/力矩器一體化裝置9。上述各 個部分順次相連構成一個閉合的工質(zhì)循環(huán)回路，液態(tài)工質(zhì)13在所述循環(huán)回路中 流動o
理論上，循環(huán)泵組件2是用于給整個循環(huán)回路 液態(tài)工質(zhì)流動提供驅(qū)動力， 并控制其流量和流速，因此，其可位于工質(zhì)循環(huán)回路中的任何位置。更進一步 地，只要保證熱交換回路與輻射器/力矩器一體化裝置9二者之間是順次連接，其它部分與之串聯(lián)連接均可以實現(xiàn)本發(fā)明。而圖1的順次連接方式則為其中的 優(yōu)選實施例。
儲液器1是用于控制整個回路參與循環(huán)的液態(tài)工質(zhì)13的質(zhì)量，其內(nèi)部充有 部分液態(tài)工質(zhì)13，其余部分為飽和蒸汽。
循環(huán)泵組件2包括液泵3、過濾器4、差壓敏感器5及質(zhì)量流量計6。其 中，液泵3是保證液態(tài)工質(zhì)以額定流量循環(huán)的關鍵部件，理論上，循環(huán)泵組件2 只要有液泵3即可實現(xiàn)為一體化執(zhí)行機構提供源動力的基本功能。但實際應用 中，為了獲得更好的效果，優(yōu)選使用圖1所示的結(jié)構。其中，液泵3可以為離 心泵或循環(huán)泵。為了保持進入液泵3液態(tài)工質(zhì)潔凈度，在液泵3之前設有過濾 器4。為了對液泵3的工作狀態(tài)進行安全保障，在液泵3兩端并列連接有差壓敏 感器5,以在由于裝置過熱使液態(tài)工質(zhì)過度氣化而導致壓力過高時能及時發(fā)現(xiàn)， 避免意外。在液泵3之后順次連接有質(zhì)量流量計6,以對工質(zhì)流量進行檢測。
熱交換回路，包括第一流量分配閥7和并列連接的熱交換裝置8和第一旁 通支路，用于衛(wèi)星內(nèi)部儀器設備的散熱。其中，熱交換裝置8可為冷板或換熱 器。循環(huán)泵組件2輸出的液體工質(zhì)經(jīng)過第一流量分配閥7使液態(tài)工質(zhì)的一部分 進入熱交換裝置8，另一部分經(jīng)第一旁通支路直接進入輻射器/力矩器一體化裝 置9。通過連續(xù)調(diào)節(jié)進入熱交換裝置8液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量流率，在熱沉條件一定時 能夠控制工質(zhì)溫度和工質(zhì)在熱交換裝置8內(nèi)的換熱系數(shù)，進而控制安裝在熱交 換裝置8上的儀器設備的溫度。
輻射器/力矩器一體化裝置9包括第二流量分配閥IO和第一環(huán)形管路11、 第二環(huán)形管路12，其中第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12內(nèi)液態(tài)工質(zhì)流動的 角動量方向相反，分別為順向和逆向，因此二者在本文中也稱為順向管路和逆 向管路。本實施例中，輻射器/力矩器一體化裝置9同時具備輻射散熱功能和產(chǎn) 生單軸姿態(tài)控制力矩的功能。
其中，經(jīng)過熱交換裝置8的液態(tài)工質(zhì)吸收熱量后，進入輻射器/力矩器一體 化裝置9，通過第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12將熱量直接排散到空間，從 而實現(xiàn)散熱功能。為便于向空間輻射熱量，輻射器/力矩器一體化裝置應安裝于 衛(wèi)星表面。
而與反作用飛輪原理類似，繞流體回路做圓周運動的液態(tài)工質(zhì)會產(chǎn)生 一 定 的角動量，根據(jù)角動量定理可知，若要輻射器/力矩器一體化裝置9產(chǎn)生對衛(wèi)星 本體的控制力矩，只需改變其液態(tài)工質(zhì)圓周運動的總角動量即可實現(xiàn)。而通過控制在順向和逆向管路中的工質(zhì)流量和流速，即可通過二者角動量的矢量和來 控制其總的角動量。
雖然，圖1的實施例是以單軸姿態(tài)控制為例，輻射器/力矩器一體化裝置9 中只列舉了一組控制管路，但是，顯然，也可將所述輻射器/力矩器一體化裝置
設為多軸姿態(tài)控制裝置。例如，輻射器/力矩器一體化裝置9可包括第三流量分
配閥和分別與該第三流量分配閥相連的多組控制管路。該第三流量分配閥對每 組控制管路的流量流速分別進行控制。每組所述控制管路均包括順向管路和逆 向管路，所述順向管路和逆向管路中的液態(tài)工質(zhì)流動的角動量方向相反。用于 兩軸控制則設置兩組控制管路，三軸控制則設置三組控制管路，這樣的擴展在 本發(fā)明公開的教導下本領域技術人員不再需要創(chuàng)造性的勞動即可實現(xiàn)，因此不 再贅述。
為使液態(tài)工質(zhì)流動產(chǎn)生盡可能大的角動量，可將控制管路設計為繞向相反
的多圏環(huán)狀結(jié)構，例如使第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12中工質(zhì)流動環(huán)繞 方向相反。當循環(huán)泵組件2輸出的液態(tài)工質(zhì)通過第二流量分配閥IO后，若平均 分配進入第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12中液態(tài)工質(zhì)質(zhì)量，由于液態(tài)工質(zhì) 流動速度近似相等，則第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12內(nèi)液態(tài)工質(zhì)產(chǎn)生的 角動量大小相等、方向相反，整個輻射器/力矩器一體化裝置9內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)總 角動量為零，此時不會影響衛(wèi)星本體的角動量。
若要產(chǎn)生控制力矩，通過控制第二流量分配閥IO分配進入第一環(huán)形管路11 和笫二環(huán)形管路12中液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量流率，使得進入兩環(huán)形管路中液態(tài)工質(zhì)產(chǎn) 生質(zhì)量流率差，由于可近似認為進入第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12中液 態(tài)工質(zhì)的流速相等，因此改變了輻射器/力矩器一體化裝置9內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)總角 動量，進而產(chǎn)生了對衛(wèi)星本體的控制力矩，達到姿態(tài)控制目的。
由于輻射器/力矩器一體化裝置所能提供的姿態(tài)控制能力與液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量 流率大小有關，因此為減小液體工質(zhì)流動的阻力，第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形 管路12優(yōu)選為光滑的流體管路，并且以圓環(huán)形或截面為圓的螺旋形設計為佳。
根據(jù)輻射器/力矩器一體化裝置所應完成的功能和設計約束，本發(fā)明給出了 三種可能的優(yōu)選實現(xiàn)方案，分別如圖2,圖3A、 3B,以及圖4A、 4B所示。
參見圖2,其是本發(fā)明的輻射器/力矩器一體化裝置實施例的方案I及其安 裝位置的立體圖。方案I中輻射器/力矩器一體化裝置9中第一環(huán)形管路11和第 二環(huán)形管路12設計為彈簧狀圓柱環(huán)形結(jié)構，分為上下兩組反向纏繞的環(huán)路，并高輻射器/力矩器一體化裝置9的 最大角動量，進而提高其姿態(tài)控制能力，可采用多圏纏繞方式，并在滿足重量 和尺寸約束的前提下，使其纏繞半徑盡可能大。
參見圖3A、 3B,其分別是本發(fā)明的輻射器/力矩器一體化裝置實施例的方 案II及其安裝位置的立體圖和平面示意圖。方案II中輻射器/力矩器一體化裝置 9為單平面構形，第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12在平面內(nèi)布局，仍為反向 環(huán)繞。采用該方案能夠減小其安裝體積，并便于將輻射器/力矩器一體化裝置9 安裝在背陽面，利于向空間輻射散熱。也可將第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路 12集成于平面式輻射器或可變發(fā)射率輻射器以進一步增加輻射器/力矩器一體 化裝置9的輻射散熱效率。較佳的是，順向管路和逆向管路分別環(huán)繞至少兩圈， 且順向管路和逆向管路交替分布。
參見圖4A、 4B,其分別是本發(fā)明輻射器/力矩器一體化裝置的實施例的方 案III及其安裝位置的立體和平面示意圖。方案III中輻射器/力矩器一體化裝置9
且二者環(huán)繞方向相反。由于增加了散熱面，提高了一體化裝置的散熱能力。并 且第一環(huán)形管路11和第二環(huán)形管路12位于不同的散熱面上，簡化了管路布局。
液態(tài)工質(zhì)13是流體回路中的載熱體，通過液態(tài)工質(zhì)13在回路中的循環(huán)， 實現(xiàn)熱量的收集、輸送和排散，同時液體工質(zhì)13的流動也是一體化執(zhí)行機構產(chǎn) 生姿態(tài)控制力矩的源動力，決定了姿態(tài)控制能力的大小。因此液態(tài)工質(zhì)13應滿 足高比熱容、高熱導率、低粘度、高密度及寬工作溫度范圍的要求，所述液態(tài) 工質(zhì)13可以為乙醇水溶液、氟利昂或液氨等。
下面結(jié)合圖5，對應用上述衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構進行衛(wèi)星 姿態(tài)和衛(wèi)星電子設備溫度控制的控制方法進行說明。 一般來說，控制方法包括 以下步驟
Sl:開啟循環(huán)泵組件2，驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)在循環(huán)回路中流動。開始與衛(wèi)星內(nèi)熱 源、衛(wèi)星外熱源的熱交換，以及根據(jù)衛(wèi)星姿態(tài)動力學對衛(wèi)星的姿態(tài)產(chǎn)生控制。
S2:獲取衛(wèi)星的熱源溫度信息和姿態(tài)信息。例如可利用溫度傳感器測量得 到熱交換裝置8上的儀器設備的溫度信息，利用陀螺或其他姿態(tài)敏感器測量得 到衛(wèi)星姿態(tài)信息。
S3:計算期望的溫度控制量和姿態(tài)控制力矩?？捎蔁峥厮惴ê妥丝厮惴ㄓ?算期望的溫度控制量和姿態(tài)控制力矩，在控制設計中，可以根據(jù)控制目標設計
1不同的控制器，該熱控和姿控的控制算法可根據(jù)現(xiàn)有技術實現(xiàn)。
S4:根據(jù)控制分配算法計算與所迷溫度控制量和姿態(tài)控制力矩對應的第一
流量分配閥和輻射器/力矩器一體化裝置的控制指令。本步驟可通過控制分配算
法將期望的溫度控制量和姿態(tài)控制力矩轉(zhuǎn)換為第一流量調(diào)節(jié)閥7和第二流量調(diào) 節(jié)閥IO的控制指令。這一步驟的分配算法其功能對于本領域技術人員來說，在 本發(fā)明公開的教導之下是可以由技術人員按具體需求實現(xiàn)，其具體算法的形式 并無特別限定，而相應的參數(shù)更是依據(jù)衛(wèi)星的具體情況而調(diào)整，因此在這里不 詳細列舉。
S5:根據(jù)步驟S4計算的控制指令控制第一分配閥和輻射器/力矩器一體化 裝置動作，調(diào)節(jié)進入熱交換回路和輻射器/力矩器一體化裝置中液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量 流率和分配，進而實現(xiàn)衛(wèi)星的溫度控制和姿態(tài)控制。例如，通過控制笫一流量 調(diào)節(jié)閥7和第二流量調(diào)節(jié)閥IO分別調(diào)節(jié)進入熱交換回路和第一環(huán)形管路11、第 二環(huán)形管路12中液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量流率，實現(xiàn)熱交換裝置8上衛(wèi)星儀器設備溫度 控制和衛(wèi)星姿態(tài)控制。
由于本發(fā)明主要涉及執(zhí)行機構而非控制器設計，所以圖中并未示出該執(zhí)行 機構在衛(wèi)星上實際應用中需配合使用的其它元器件或裝置，例如溫度傳感器或 姿態(tài)敏感器等。將本發(fā)明的執(zhí)行機構與測量敏感器結(jié)合，并通過適當?shù)目刂破?設計來構成衛(wèi)星的熱控制和姿態(tài)控制一體化控制系統(tǒng)是本領域技術人員在本發(fā) 明的教導下無需創(chuàng)造性勞動即可實現(xiàn)的。
以上對本發(fā)明的描述是說明性的，而非限制性的，本專業(yè)技術人員理解， 在權利要求限定的精神與范圍之內(nèi)可對其進行許多修改、變化或等效，但是它 們都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1、一種衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征在于，包括串聯(lián)連接構成工質(zhì)循環(huán)回路的以下部分儲液器，其內(nèi)存儲有液態(tài)工質(zhì)；循環(huán)泵組件，用于驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)以一定流速和流量在循環(huán)回路中流動；熱交換回路，其包括第一流量分配閥和并列連接的熱交換裝置和第一旁通支路，用于衛(wèi)星內(nèi)部儀器設備的散熱；以及輻射器/力矩器一體化裝置，其包括并列連接的至少兩條不同管路以及控制液態(tài)工質(zhì)在所述不同管路中分配的裝置，用于將熱量散發(fā)到衛(wèi)星星體之外和對衛(wèi)星姿態(tài)進行控制；其中，所述熱交換回路和所述輻射器/力矩器一體化裝置順次連接，且在所述工質(zhì)循環(huán)回路中流動有液態(tài)工質(zhì)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征 在于，所述輻射器/力矩器一體化裝置為單軸控制裝置，包括第二流量分配閥和 一組控制管路，所述一組控制管路包括分別與該第二流量分配閥相連的順向管 路和逆向管路，所述順向管路和逆向管路中的液態(tài)工質(zhì)流動的角動量方向相反。
3、 根據(jù)權利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征 在于，所述輻射器/力矩器一體化裝置為多軸控制裝置，包括第三流量分配閥和 分別與該第三流量分配閥相連的多組控制管路，其中，每組所述控制管路均包 括順向管路和逆向管路，所述順向管路和逆向管路中的液態(tài)工質(zhì)流動的角動量 方向相反。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其 特征在于，每組控制管路中的所述順向管路和逆向管路為環(huán)形管路，二者均為 彈簧狀圓柱螺旋結(jié)構，且二者上下排列，環(huán)繞方向相反。
5、 根據(jù)權利要求2或3所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其 特;f正在于，所述順向管路和逆向管路為位于同一平面內(nèi)的環(huán)形管路，且環(huán)繞方 向相反。
6、 根據(jù)權利要求5所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征 在于，所述順向管路和逆向管路分別環(huán)繞至少兩圏，且順向管路和逆向管路交替分布。
7、 根據(jù)權利要求2所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征在于，所述順向管路和逆向管路分別為位于兩個平行的平面內(nèi)的環(huán)形管路，且 二者環(huán)繞方向相反。
8、 根據(jù)權利要求1所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征 在于，所述循環(huán)泵組件包括液泵，與所述液泵順次連接的工質(zhì)流量計，以及 分別與所述液泵的兩端連接的壓差敏感器。
9、 根據(jù)權利要求8所述的衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，其特征 在于，所述循環(huán)泵組件還包括連接在儲液器和液泵之間的過濾器。
10、 一種衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構的控制方法，其使用上述 各項的執(zhí)行機構實施，所述方法包括以下步驟Sl:開啟循環(huán)泵組件，驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)在循環(huán)回路中流動； S2:獲取衛(wèi)星的熱源溫度信息和姿態(tài)信息； S3:計算期望的溫度控制量和姿態(tài)控制力矩；S4:根據(jù)分配算法計算與所述溫度控制量和姿態(tài)控制力矩對應的第一流量 分配閥和輻射器/力矩器一體化裝置的控制指令；S5:根據(jù)步驟S4計算的控制指令控制第一分配閥和輻射器/力矩器一體化 裝置動作，調(diào)節(jié)進入熱交換回路和輻射器/力矩器一體化裝置中液態(tài)工質(zhì)的質(zhì)量 流率和分配，進而實現(xiàn)衛(wèi)星的溫度控制和姿態(tài)控制。
全文摘要
衛(wèi)星姿態(tài)控制和熱控制一體化執(zhí)行機構，包括串聯(lián)連接構成工質(zhì)循環(huán)回路的儲液器、循環(huán)泵組件、第一流量分配閥、并列連接的熱交換裝置和第一旁通支路構成的熱交換回路，以及輻射器/力矩器一體化裝置；循環(huán)回路中流動有液態(tài)工質(zhì)；其中循環(huán)泵組件用于驅(qū)動液態(tài)工質(zhì)以一定流速和流量在循環(huán)回路中流動；輻射器/力矩器一體化裝置包括并列連接的至少兩條不同管路以及控制液態(tài)工質(zhì)在所述不同管路中分配的裝置，并且循環(huán)泵組件與輻射器/力矩器一體化裝置順次連接。能夠?qū)崿F(xiàn)微小衛(wèi)星高熱流密度器件的散熱功能并同時提供姿態(tài)控制的單軸或多軸控制力矩，實現(xiàn)了姿控與熱控執(zhí)行機構的功能集成，提高了微小衛(wèi)星的功能密度，且結(jié)構簡單，成本低。
文檔編號B64G1/24GK101607604SQ200910152010
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權日2009年7月2日
發(fā)明者劉潤兵, 單曉微, 司君田, 張世杰, 曹喜濱, 榮 黃 申請人:哈爾濱工業(yè)大學