隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)及工作模式實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】一種隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)及工作模式實(shí)現(xiàn)方法，適用于具有超精超穩(wěn)要求的敏感載荷類航天器，以動(dòng)靜隔離為手段，將衛(wèi)星劃分為載荷艙和服務(wù)艙兩部分，載荷艙通過自身配置的高性能磁懸浮飛輪確保有效載荷達(dá)到期望的超精超穩(wěn)控制，服務(wù)艙通過安裝在其上的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿；載荷艙和服務(wù)艙通過懸浮裝置以非接觸形式連接，可有效隔離服務(wù)艙的振動(dòng)干擾，且隔振效果不受傳感器性能影響；基于所述雙超衛(wèi)星平臺(tái)的衛(wèi)星至少具有發(fā)射、超精超穩(wěn)、防碰或機(jī)動(dòng)的工作模式。本雙超衛(wèi)星平臺(tái)可應(yīng)用于高分辨率遙感衛(wèi)星、深空探測天文望遠(yuǎn)鏡等攜帶具有高分辨率敏感有效載荷類航天器。
【專利說明】隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)及工作模式實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說，涉及一種針對(duì)具有超精超穩(wěn)要求的航天器而設(shè)計(jì)的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式衛(wèi)星平臺(tái)及其工作模式實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型航天器輕質(zhì)結(jié)構(gòu)柔性大，低頻模態(tài)密集問題日趨明顯，極大約束了控制系統(tǒng)的帶寬設(shè)計(jì)；飛輪、陀螺、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等活動(dòng)部件誘發(fā)的周期性動(dòng)態(tài)干擾，則是引起載荷振動(dòng)的主要原因。隨著航天器性能要求的提高，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)大柔性和活動(dòng)部件振動(dòng)干擾引起的姿態(tài)控制和顫振抑制問題越來越突出，已經(jīng)成為后續(xù)先進(jìn)航天器發(fā)展的主要制約因素。
[0003]目前，針對(duì)衛(wèi)星撓性附件抖動(dòng)和活動(dòng)部件振動(dòng)干擾主要有被動(dòng)和主動(dòng)兩種控制手段。被動(dòng)隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，且不需額外提供能源及測量裝置，但低頻抑制效果差；主動(dòng)隔振系統(tǒng)理論上有更好的性能，但控制系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，且具有水床效應(yīng)。同時(shí)，基于音圈電機(jī)技術(shù)，國外發(fā)展了非接觸式無擾隔振平臺(tái)，可解決平臺(tái)振動(dòng)干擾問題，但帶來了航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，實(shí)際應(yīng)用困難。目前，不論是傳統(tǒng)的主動(dòng)被動(dòng)隔振手段，還是新近的非接觸無擾隔振方法，都是基于平臺(tái)主動(dòng)控制有效載荷的思想，前者隔振效果有限，后者結(jié)構(gòu)、控制復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種適用于具有超精超穩(wěn)要求航天器的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)及其工作模式實(shí)現(xiàn)方法，該衛(wèi)星平臺(tái)及其工作模式實(shí)現(xiàn)方法是基于提出的平臺(tái)隨動(dòng)跟蹤有效載荷的全新思想，以有效載荷為中心，對(duì)其進(jìn)行超精超穩(wěn)控制，而平臺(tái)采用粗控模式隨動(dòng)跟蹤有效載荷，同時(shí)以磁浮實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜隔離為手段，實(shí)現(xiàn)有效載荷對(duì)平臺(tái)振動(dòng)和干擾響應(yīng)的完全隔離，可以應(yīng)用于甚高精度遙感衛(wèi)星、深空探測天文望遠(yuǎn)鏡等攜帶高分辨率敏感有效載荷類航天器，將極大地提高航天器探測性倉泛。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下:
[0006]一種隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，適用于具有超精超穩(wěn)要求的敏感載荷類航天器，以動(dòng)靜隔離手段，將衛(wèi)星劃分為載荷艙和服務(wù)艙兩部分，載荷艙專注超精超穩(wěn)任務(wù)，服務(wù)艙用以提供基礎(chǔ)服務(wù)，兩艙之間通過懸浮裝置以非接觸形式連接，其振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙，達(dá)到有效載荷動(dòng)中取靜。載荷艙通過自身配置的高性能磁懸浮飛輪使有效載荷達(dá)到期望的超精超穩(wěn)控制，服務(wù)艙通過安裝在其上的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿，同時(shí)通過懸浮裝置的連接約束，實(shí)現(xiàn)兩艙分而不離。
[0007]所述載荷艙主要由有效載荷、星敏感器、陀螺、磁懸浮飛輪、有效載荷姿態(tài)控制單元組成，星敏感器、陀螺等傳感器確定有效載荷指向，基于傳感器檢測的指向信息，姿態(tài)控制單元產(chǎn)生動(dòng)作指令，驅(qū)動(dòng)磁懸浮飛輪，使有效載荷達(dá)到超精超穩(wěn)控制。
[0008]所述服務(wù)艙主要由通用的衛(wèi)星模塊組成，包括但不限于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、推力器、動(dòng)量輪等各種活動(dòng)部件、太陽電池陣、可展開式熱輻射器等撓性附件和相對(duì)姿態(tài)控制單元。服務(wù)艙通過懸浮裝置以非接觸形式連接載荷艙，懸浮裝置檢測載荷艙與服務(wù)艙相對(duì)位姿信息并傳輸給相對(duì)姿態(tài)控制單元，相對(duì)姿態(tài)控制單元產(chǎn)生控制指令，驅(qū)動(dòng)服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿。
[0009]所述懸浮裝置位于載荷艙和服務(wù)艙之間，由一組或多組懸浮機(jī)構(gòu)按一定規(guī)則排列組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)主體由間隙配合的柱桿和套筒組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)的柱桿和套筒分別固連到上下兩個(gè)法蘭板上，懸浮裝置通過上下兩個(gè)法蘭板分別與載荷艙和服務(wù)艙固連。
[0010]所述懸浮機(jī)構(gòu)利用但不限于電磁力或靜電力方式，通過控制電流變化來調(diào)節(jié)柱桿和套筒之間的間隙，防止兩者碰撞。
[0011]所述懸浮機(jī)構(gòu)除相互配合的柱桿-套筒和法蘭板外，還集成有位置傳感器，實(shí)時(shí)測量柱桿和套筒之間的相對(duì)位置關(guān)系。
[0012]所述懸浮裝置的上下法蘭板之間安裝有多組鎖緊機(jī)構(gòu)，用于抵抗惡劣的發(fā)射段力學(xué)環(huán)境，鎖緊機(jī)構(gòu)在軌可以通過但不限于爆炸螺栓方式解鎖。
[0013]所述懸浮裝置的上下法蘭板之間還安裝有數(shù)對(duì)機(jī)械嚙合的銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)，用于限制載荷艙和服務(wù)艙的相對(duì)位置關(guān)系。
[0014]所述銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)向銷和限位孔支撐兩部分，導(dǎo)向銷與上法蘭板固連，限位孔支撐與下法蘭板固連，限位孔支撐采用彈性阻尼材料，保證導(dǎo)向銷和限位孔支撐的軟接觸和彈性壓緊。
[0015]非接觸連接的載荷艙和服務(wù)艙之間的能量和信息傳輸通過但不限于電磁互感或光電轉(zhuǎn)換等無線傳輸方法實(shí)現(xiàn)。
[0016]一種采用上述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)的工作模式實(shí)現(xiàn)方法，該衛(wèi)星平臺(tái)至少具有發(fā)射、超精超穩(wěn)、防碰、機(jī)動(dòng)等多種不同的工作模式。
[0017]發(fā)射模式是指懸浮裝置處于鎖緊機(jī)構(gòu)鎖定狀態(tài)，載荷艙和服務(wù)艙為一體結(jié)構(gòu)，包括從衛(wèi)星發(fā)射至定軌的整個(gè)過程，衛(wèi)星由服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整，此時(shí)懸浮機(jī)構(gòu)處于斷電狀態(tài)。
[0018]超精超穩(wěn)模式是指懸浮裝置的鎖緊機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過爆炸螺栓解鎖，載荷艙和服務(wù)艙為懸浮連接的兩體結(jié)構(gòu)，懸浮機(jī)構(gòu)處于斷電狀態(tài)，且懸浮機(jī)構(gòu)柱桿和套筒之間的間隙在規(guī)定的閾值范圍內(nèi)。此時(shí)，載荷艙通過磁懸浮飛輪實(shí)現(xiàn)有效載荷指向，服務(wù)艙通過外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿，且相對(duì)位姿變化不會(huì)產(chǎn)生電磁力，服務(wù)艙振動(dòng)及服務(wù)艙實(shí)施的相對(duì)位姿調(diào)整干擾不會(huì)傳輸至載荷艙。
[0019]防碰模式是指當(dāng)懸浮機(jī)構(gòu)柱桿和套筒之間的間隙超出規(guī)定閾值范圍時(shí)，懸浮機(jī)構(gòu)自動(dòng)通電，產(chǎn)生電磁斥力或引力，防止柱桿和套筒相撞，并和服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用，促使柱桿-套筒間隙恢復(fù)至規(guī)定的閾值范圍內(nèi)。此外，若懸浮機(jī)構(gòu)自身電磁力和服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用仍不能阻止柱桿和套筒的碰撞趨勢時(shí)，懸浮裝置的銷-孔彈性阻尼限位結(jié)構(gòu)會(huì)先行軟接觸，可防止懸浮機(jī)構(gòu)發(fā)生硬碰撞損壞。
[0020]機(jī)動(dòng)模式是指衛(wèi)星需要實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)，懸浮機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電流方向，產(chǎn)生電磁引力，使柱桿和套筒不斷接近，直至銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向銷進(jìn)入限位孔并處于軸向軟接觸狀態(tài)。此時(shí)，增大懸浮機(jī)構(gòu)的電流強(qiáng)度，電磁引力隨之增加，導(dǎo)向銷進(jìn)一步壓緊彈性限位孔支撐，直至達(dá)到規(guī)定的壓緊力，實(shí)現(xiàn)載荷艙和服務(wù)艙的電磁鎖緊，衛(wèi)星由兩體結(jié)構(gòu)變?yōu)橐惑w結(jié)構(gòu)，便于實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)操作。
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案，為了避開繁瑣眾多的各類平臺(tái)振動(dòng)干擾問題，從方法上系統(tǒng)解決衛(wèi)星平臺(tái)超精超穩(wěn)問題，與目前常用的方法相比，該隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1)該衛(wèi)星平臺(tái)采用平臺(tái)隨動(dòng)跟蹤有效載荷的全新思想，以有效載荷為中心，對(duì)其進(jìn)行超精超穩(wěn)控制，而平臺(tái)采用隨動(dòng)跟蹤有效載荷的粗控模式；2)該衛(wèi)星平臺(tái)以動(dòng)靜隔離為手段，將衛(wèi)星劃分為載荷艙和服務(wù)艙兩部分，載荷艙配置有效載荷、星敏感器和磁懸浮飛輪等，專注超精超穩(wěn)任務(wù)；服務(wù)艙安裝有太陽帆板、儲(chǔ)箱等活動(dòng)干擾部件，用以提供基礎(chǔ)服務(wù)，兩艙之間通過懸浮裝置以非接觸形式連接，其振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙，達(dá)到動(dòng)中取靜的目的；3)服務(wù)艙通過外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿，同時(shí)通過懸浮裝置的連接約束，實(shí)現(xiàn)兩艙分而不離的效果；4)載荷艙無干擾，動(dòng)力學(xué)模型簡單，且控制帶寬不受帆板等撓性附件約束，控制性能可以得到更大發(fā)揮。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0023]圖1是本發(fā)明所提供的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)的組成示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明中的懸浮裝置組成示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0027]如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的一種隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)由載荷艙1、服務(wù)艙2和懸浮裝置3組成。載荷艙I包括但不限于有效載荷14、磁懸浮飛輪13、有效載荷控制單元15和有效載荷傳感器如星敏感器12、陀螺11等相對(duì)安靜部件。服務(wù)艙2由通用的衛(wèi)星模塊組成，包括但不限于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)23及外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)如推力器21、動(dòng)量輪22等各種活動(dòng)部件，太陽電池陣24等撓性附件和相對(duì)姿態(tài)控制單元25。懸浮裝置3主要包括懸浮機(jī)構(gòu)32、鎖緊機(jī)構(gòu)33、銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)31、上法蘭板34和下法蘭板35等；其中懸浮機(jī)構(gòu)32主體由柱桿321和套筒322組成，銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)31主要由錐形導(dǎo)向銷311和彈性限位孔支撐312組成。
[0028]載荷艙I通過自身配置的高性能磁懸浮飛輪13實(shí)現(xiàn)期望的有效載荷14指向；月艮務(wù)艙2通過安裝在其上的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙1，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿；懸浮裝置3以非接觸形式連接載荷艙I和服務(wù)艙2，使服務(wù)艙I實(shí)施的相對(duì)位姿調(diào)整不會(huì)對(duì)有效載荷14指向產(chǎn)生干擾。
[0029]有效載荷14指向是這樣實(shí)現(xiàn)的:根據(jù)星敏感器12、陀螺11等傳感器提供有效載荷14指向，基于此指向信息，有效姿態(tài)控制單元15產(chǎn)生動(dòng)作指令，驅(qū)動(dòng)磁懸浮飛輪13，使有效載荷14達(dá)到預(yù)期的指向。
[0030]服務(wù)艙2通過懸浮裝置2以非接觸形式連接載荷艙1，懸浮裝置3檢測載荷艙I與服務(wù)艙2的相對(duì)位姿信息并傳輸給相對(duì)姿態(tài)控制單元25，后者產(chǎn)生控制指令，驅(qū)動(dòng)服務(wù)艙2外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙1，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿。
[0031]懸浮裝置3位于載荷艙I和服務(wù)艙2之間，由一組或多組懸浮機(jī)構(gòu)32按一定規(guī)則排列組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)32主體由間隙配合的柱桿321和套筒322組成，柱桿321和套筒322分別與上下法蘭板34和35固連。懸浮裝置3也通過上下法蘭板34和35分別與載荷艙I和服務(wù)艙2固連。
[0032]懸浮機(jī)構(gòu)32利用但不限于電磁力或靜電力方式，通過控制電流變化來調(diào)節(jié)柱桿321和套筒322之間的間隙，防止兩者碰撞。
[0033]懸浮機(jī)構(gòu)32除相互配合的柱桿321和套筒322外，還集成有位置傳感器323，實(shí)時(shí)測量柱桿321和套筒322之間的相對(duì)位置關(guān)系。
[0034]懸浮裝置3的上下法蘭板34和35之間安裝有多組鎖緊機(jī)構(gòu)33，用于抵抗惡劣的發(fā)射段力學(xué)環(huán)境，其在軌可以通過爆炸螺栓解鎖。
[0035]懸浮裝置3的上下法蘭板34和35之間還安裝有數(shù)對(duì)機(jī)械嚙合的銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)31，用于限制載荷艙I和服務(wù)艙2的相對(duì)位置關(guān)系。
[0036]銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)31主要包括錐形導(dǎo)向銷311和限位孔支撐312兩部分，錐形導(dǎo)向銷311與上法蘭板34固連，限位孔支撐312與下法蘭板35固連，限位孔支撐312采用彈性阻尼材料，保證錐形導(dǎo)向銷311和限位孔支撐312的軟接觸和彈性壓緊。
[0037]本隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)中，非接觸連接的載荷艙I和服務(wù)艙2之間的能量和信息傳輸通過但不限于電磁互感41和光電轉(zhuǎn)換42等無線傳輸方法實(shí)現(xiàn)。
[0038]如圖3所示，一種隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)控制系統(tǒng)主要包括有效載荷姿態(tài)控制回路100和兩艙相對(duì)位姿控制回路200 ;其中有效載荷姿態(tài)控制回路100包括有效載荷指令101、有效載荷控制單元102、載荷姿態(tài)控制算法103、磁懸浮飛輪104、載荷艙105和星敏感器-陀螺106等模塊；兩艙相對(duì)姿態(tài)控制回路200包括相對(duì)姿態(tài)操作指令201、相對(duì)姿態(tài)控制單元202、相對(duì)姿態(tài)控制算法203、外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)204、服務(wù)艙205和相對(duì)位置傳感器206等模塊。
[0039]采用本隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超平臺(tái)的衛(wèi)星至少具有發(fā)射、超精超穩(wěn)、防碰、機(jī)動(dòng)等多種不同的工作模式。
[0040]發(fā)射模式是指懸浮裝置3處于鎖緊機(jī)構(gòu)33鎖定狀態(tài)，載荷艙I和服務(wù)艙2為一體結(jié)構(gòu)，包括從衛(wèi)星發(fā)射至定軌的整個(gè)過程，衛(wèi)星由服務(wù)艙I外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整，此時(shí)懸浮機(jī)構(gòu)32處于斷電狀態(tài)。
[0041]超精超穩(wěn)模式是指懸浮裝置3的鎖緊機(jī)構(gòu)33已經(jīng)通過爆炸螺栓解鎖，載荷艙I和服務(wù)艙2為懸浮連接的兩體結(jié)構(gòu)，懸浮機(jī)構(gòu)32處于斷電狀態(tài)，且其柱桿321和套筒322之間的間隙在規(guī)定的閾值400范圍內(nèi)。此時(shí)，載荷艙I通過磁懸浮飛輪13實(shí)現(xiàn)有效載荷14指向，服務(wù)艙2通過外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿，且相對(duì)位姿變化不會(huì)產(chǎn)生電磁力，服務(wù)艙2振動(dòng)和干擾不會(huì)傳輸至載荷艙I。
[0042]防碰模式是指當(dāng)懸浮機(jī)構(gòu)32的柱桿321和套筒322之間的間隙超出規(guī)定閾值400范圍時(shí)，其自動(dòng)通電，產(chǎn)生電磁斥力或引力300，防止柱桿321和套筒322相撞，并和服務(wù)艙2外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用，促使柱桿321和套筒322間隙恢復(fù)至規(guī)定的閾值400范圍內(nèi)。此夕卜，若懸浮機(jī)構(gòu)32自身電磁力300和服務(wù)艙2外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用仍不能阻止柱桿321和套筒322的碰撞趨勢時(shí)，懸浮裝置3的銷-孔彈性阻尼限位結(jié)構(gòu)31會(huì)先行軟接觸，可防止懸浮機(jī)構(gòu)32發(fā)生硬碰撞損壞。
[0043]機(jī)動(dòng)模式是指衛(wèi)星需要實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)，懸浮機(jī)構(gòu)32調(diào)節(jié)電流方向，產(chǎn)生電磁引力300，使柱桿321和套筒322不斷接近，直至銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)31的導(dǎo)向銷311進(jìn)入限位孔312并處于軸向軟接觸狀態(tài)。此時(shí)，增大懸浮機(jī)構(gòu)32的電流強(qiáng)度，電磁引力300隨之增加，導(dǎo)向銷311進(jìn)一步壓緊彈性限位孔支撐312，直至達(dá)到規(guī)定的壓緊力，實(shí)現(xiàn)載荷艙I和服務(wù)艙2的電磁鎖緊，衛(wèi)星由兩體結(jié)構(gòu)變?yōu)橐惑w結(jié)構(gòu)，便于實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)操作。
[0044]以上是對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例的說明，但并不用來限定本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明所提出的方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，適用于具有超精超穩(wěn)要求的敏感載荷類航天器，其特征在于，所述衛(wèi)星平臺(tái)以動(dòng)靜隔離為手段，劃分為載荷艙和服務(wù)艙兩部分，兩艙之間通過懸浮裝置以非接觸形式連接，所述載荷艙通過自身配置的磁懸浮飛輪使有效載荷達(dá)到期望的超精超穩(wěn)控制，所述服務(wù)艙通過安裝在其上的外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)抵抗環(huán)境干擾并隨動(dòng)跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿，同時(shí)通過懸浮裝置的連接約束，實(shí)現(xiàn)兩艙分而不離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述載荷艙主要由有效載荷、星敏感器、陀螺、磁懸浮飛輪、有效載荷姿態(tài)控制單元組成，所述星敏感器、陀螺用于確定有效載荷指向，基于傳感器指向信息，所述姿態(tài)控制單元產(chǎn)生動(dòng)作指令，驅(qū)動(dòng)磁懸浮飛輪，使所述有效載荷達(dá)到期望的超精超穩(wěn)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述服務(wù)艙主要由通用的衛(wèi)星模塊組成，服務(wù)艙通過懸浮裝置以非接觸形式連接載荷艙艙，懸浮裝置檢測載荷艙與服務(wù)艙相對(duì)位姿信息并傳輸給服務(wù)艙的相對(duì)姿態(tài)控制單元，相對(duì)姿態(tài)控制單元產(chǎn)生控制指令，驅(qū)動(dòng)服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)，抵抗環(huán)境干擾并跟蹤載荷艙，使兩艙達(dá)到期望的相對(duì)位姿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述懸浮裝置主要由一組或多組懸浮機(jī)構(gòu)按一定規(guī)則排列組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)主體由間隙配合的柱桿和套筒組成，懸浮裝置位于載荷艙和服務(wù)艙之間，由一組或多組懸浮機(jī)構(gòu)按一定規(guī)則排列組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)主體由間隙配合的柱桿和套筒組成，每組懸浮機(jī)構(gòu)的柱桿和套筒分別固連到上下兩個(gè)法蘭板上，懸浮裝置通過上下兩個(gè)法蘭板分別與載荷艙和服務(wù)艙固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述懸浮裝置的上下法蘭板之間安裝有多組鎖緊機(jī)構(gòu)，用于抵抗惡劣的發(fā)射段力學(xué)環(huán)境，鎖緊機(jī)構(gòu)在軌通過但不限于爆炸螺栓方式解鎖。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述懸浮裝置的上下法蘭板之間安裝有數(shù)對(duì)機(jī)械嚙合的銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)，用于限制載荷艙和服務(wù)艙的相對(duì)位置關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)主要包括錐形導(dǎo)向銷和限位孔支撐兩部分，導(dǎo)向銷與上法蘭板固連，限位孔支撐與下法蘭板固連，限位孔支撐采用彈性阻尼材料，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向銷和限位孔支撐的軟接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述懸浮機(jī)構(gòu)利用但不限于電磁力或靜電力方式，通過控制電流變化來調(diào)節(jié)柱桿和套筒之間的間隙，防止兩者碰撞。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)，其特征在于，所述懸浮機(jī)構(gòu)除相互配合的柱桿-套筒和法蘭板外，還集成有位置傳感器，實(shí)時(shí)測量柱桿和套筒之間的相對(duì)位置關(guān)系。
10.一種如權(quán)利要求1至9中任一所述的隨動(dòng)跟蹤型動(dòng)靜隔離式雙超衛(wèi)星平臺(tái)的工作模式實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述工作模式至少包括發(fā)射、超精超穩(wěn)、防碰或機(jī)動(dòng)，其中，所述衛(wèi)星發(fā)射模式是指懸浮裝置處于鎖緊機(jī)構(gòu)鎖定狀態(tài)，載荷艙和服務(wù)艙為一體結(jié)構(gòu)，包括衛(wèi)星發(fā)射至定軌的整個(gè)過程，此時(shí)衛(wèi)星由服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整，此時(shí)懸浮機(jī)構(gòu)處于斷電狀態(tài)；所述衛(wèi)星超精超穩(wěn)模式是指懸浮裝置的鎖緊機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過爆炸螺栓解鎖，載荷艙和服務(wù)艙為懸浮連接的兩體結(jié)構(gòu)，此時(shí)懸浮機(jī)構(gòu)處于斷電狀態(tài)，且懸浮機(jī)構(gòu)柱桿和套筒之間的間隙在規(guī)定的閾值范圍內(nèi)；所述衛(wèi)星防碰模式是指當(dāng)懸浮機(jī)構(gòu)柱桿和套筒之間的間隙超出規(guī)定閾值范圍時(shí)，懸浮機(jī)構(gòu)自動(dòng)通電，產(chǎn)生電磁斥力或引力，防止柱桿和套筒相撞，并和服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用，促使柱桿-套筒間隙恢復(fù)至規(guī)定的閾值范圍內(nèi)，若懸浮機(jī)構(gòu)自身電磁力和服務(wù)艙外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同作用仍不能阻止柱桿和套筒的碰撞趨勢時(shí)，懸浮裝置的銷-孔彈性阻尼限位結(jié)構(gòu)會(huì)先行軟接觸，可防止懸浮機(jī)構(gòu)硬碰撞損壞；所述衛(wèi)星機(jī)動(dòng)模式是指衛(wèi)星需要實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)時(shí)，懸浮機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電流方向，產(chǎn)生電磁引力，使柱桿和套筒不斷接近，直至銷-孔式導(dǎo)向限位結(jié)構(gòu)的導(dǎo)向銷進(jìn)入限位孔并處于軸向軟接觸狀態(tài)，此時(shí)，增大懸浮機(jī)構(gòu)的電流強(qiáng)度，電磁引力隨之增加，導(dǎo)向銷進(jìn)一步壓緊彈性限位孔支撐，直至達(dá)到規(guī)定的壓緊力，實(shí)現(xiàn)載荷艙和服務(wù)艙的電磁鎖緊，衛(wèi)星由兩體結(jié)構(gòu)變?yōu)橐惑w結(jié)構(gòu)，便于實(shí)施快速軌道或姿態(tài)機(jī)動(dòng)操作。
【文檔編號(hào)】B64G1/66GK104129509SQ201410203542
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】張偉, 廖鶴, 袁金如, 趙洪波, 許域菲, 趙艷彬, 裘俊, 鄧成晨 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所