一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构的制作方法

1.本实用新型涉及航天技术领域，特别涉及堆叠式卫星连接与分离的技术领域。


背景技术：

[0002]“一箭多星”是指用一枚运载火箭将两颗及以上的卫星发射至预定轨道。相比于传统的一箭一星发射方式，一箭多星的发射方式可以充分利用火箭的运载能力，大大缩短星座组网的时间，提高发射效率，从而充分发挥星座的功能。
[0003]
在一箭多星发射中，多颗卫星的压紧与分离技术是首先需要解决的关键技术。一箭多星发射目前有两种布局形式，一种为承力筒壁挂式，一种是堆叠式。堆叠式的布局为，卫星与卫星直接连接，轴向堆叠在一起，与承力筒壁挂式相比，节省了中央承力筒的质量与体积，运载效率更高，更适合大量卫星的快速组网。
[0004]
目前的多星压紧分离装置主要是基于火工分离技术，卫星依次堆放在整流罩内，两层卫星之间通过爆炸螺栓直接固定。分离时，需要多次对爆炸螺栓进行起爆，冲击大，很有可能对卫星造成冲击破坏；并且爆炸螺栓所产生污染气体和多余物，对空间环境存在污染，甚至可能污染卫星的敏感器件；此外，这类分离装置质量大、单点失效风险高。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型主要针对现有堆叠卫星压紧与分离的技术的不足，提供一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构。
[0006]
本实用新型所采用的技术方案：一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构，包括压紧座、压紧环、锁紧杆、锁紧座、锁紧螺钉、分离螺母、压紧螺钉和分离弹簧。每颗卫星上都安装三个或四个压紧环，相邻卫星上的压紧环依次沿纵向堆叠，多层卫星在同一方位上的压紧环构成一组压紧环单元，整个卫星组通过四组压紧环单元完成堆叠；每组压紧环单元被两根锁紧杆压紧，锁紧杆下端通过锁紧螺钉和分离螺母相连，锁紧杆上端通过压紧螺钉与压紧座连接；分离螺母下端和锁紧座连接，锁紧座固定在运载平台上；卫星组堆叠完成后，通过压紧螺钉施加预紧力，从而压紧各压紧环单元，锁紧卫星组；
[0007]
每个压紧环内部均设有预压缩的分离弹簧；分离时，控制所有分离螺母同时解锁，释放锁紧杆；在分离弹簧的作用下，锁紧杆会迅速向上飞出，同时，各卫星被依次推动实现分离。
[0008]
进一步地，压紧环上端和下端分别设有锥台和锥窝，锥台和锥窝相匹配，能为堆叠过程提供定位，并限制压紧后各压紧环之间发生横向位移，从而避免发射过程中卫星在平面内错动。
[0009]
进一步地，压紧环上、下两端均设有与卫星连接的安装边，压紧环整体从侧面看为形。堆叠后，压紧环单元可为卫星提供稳定支撑，避免卫星遇到振动时上下窜动。
[0010]
进一步地，压紧环内的底部设有用于放置分离弹簧的平台。
[0011]
进一步地，分离弹簧下端固定在压紧环内的平台上，避免分离过程中分离弹簧脱
离压紧环而飞出。
[0012]
进一步地，不同层所设的分离弹簧的刚度不同，以提供大小不同的弹簧力，确保卫星能够被平稳推离且不会因过大的弹簧力而对卫星造成冲击；其中，最底层的分离弹簧刚度最大，最顶层的分离弹簧的刚度最小。
[0013]
进一步地，本实用新型可用于单列堆叠卫星或并列堆叠卫星。用于单列堆叠时，每个卫星的不同侧面分别安装四个结构相同的压紧环。用于并列堆叠时，左右卫星相邻的内侧面的两个角处(简称内侧角)分别安装一个短压紧环，卫星的外侧面(与内侧面相对的面称为外侧面)安装一个长压紧环，短压紧环的高度是长压紧环的一半；n个长压紧环组成一组长压紧环单元，2n个短压紧环构成一组短压紧环单元；卫星组由外侧面的两组长压紧环单元和内侧角的两组短压紧环单元共同锁紧。
[0014]
进一步地，所述分离螺母为记忆金属分离螺母，每根锁紧杆下端由一个分离螺母锁紧，可实现低冲击解锁，并可反复进行地面测试，可靠性高。
[0015]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
[0016]
(1)本实用新型分离时无冲击、无需特殊设计点火电路、分离过程无气体排出、并可以在地面试验中验证其性能，解决了现有火工分离技术冲击大、单点失效风险高的问题；
[0017]
(2)本实用新型结构紧凑，质量轻，空间利用率高；多颗堆叠卫星沿压紧环的延伸方向依次堆叠排布，使得相邻的卫星之间直接连接，无需额外的适配器，省去了额外适配器的体积和质量，使整体装置质量更轻，空间利用率更高；
[0018]
(3)本实用新型用于卫星堆叠时组装简便、要求宽松，发射过程安全性高，在轨解锁分离的可靠性高。
附图说明
[0019]
图1为本实用新型与堆叠卫星锁紧状态示意图；
[0020]
图2为本实用新型与堆叠卫星分离状态示意图；
[0021]
图3为图1中a处放大图；
[0022]
图4为图1中b处放大图；
[0023]
图5为图1中b处剖视图；
[0024]
图6为图1中c处剖视图；
[0025]
图7a为长压紧环的结构示意图；
[0026]
图7b为长压紧环的剖视图；
[0027]
图8a为短压紧环的结构示意图；
[0028]
图8b为短压紧环的剖视图。
[0029]
附图标号含义：1.压紧座；2.锁紧杆；3.长压紧环；4.短压紧环；5.锁紧座；6.分离螺母；7.锁紧螺钉；8.分离弹簧；9.平板卫星；10.压紧螺钉。
具体实施方式
[0030]
下面以锁紧十颗平板卫星的方案为例，结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
[0031]
本实用新型提供了一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其整体结构及其在卫
星组上的布置方式如图1、图2所示。本实施例中的十颗平板卫星9，采用左右并列堆叠放置的方法组成卫星组。
[0032]
锁紧状态下，如图1所示，每颗平板卫星9上安装有三个压紧环，包括位于卫星外侧面的一个长压紧环3和位于卫星内侧角处的两个短压紧环4。相邻卫星上的压紧环依次沿纵向堆叠；外侧面的五个长压紧环3构成一组长压紧环单元，内侧角处的十个短压紧环4构成一组短压紧环单元，整个卫星组通过两组长压紧环单元和两组短压紧环单元共四组压紧环单元完成堆叠。每组压紧环单元被两根对称布置的锁紧杆2压紧，锁紧杆2下端通过锁紧螺钉7和分离螺母6相连(细节参考图3)，锁紧杆2上端通过压紧螺钉10与压紧座1连接。长压紧环3和短压紧环4上下端分别设有相配的锥台和锥窝(图7a～图8b)，为卫星堆叠时提供定位，并限制压紧后各压紧环之间发生横向位移，从而避免发射过程中卫星在平面内错动。分离螺母6为记忆金属分离螺母，其下端通过法兰和锁紧座5连接，锁紧座5固定在运载平台上。卫星组堆叠完成后，通过两颗压紧螺钉10施加预紧力，从而压紧各压紧环单元，锁紧卫星组(图4)。
[0033]
如图5、图6所示，每个压紧环内部均设置有分离弹簧8，优选地，不同层所设分离弹簧的刚度不同，以提供大小不同的弹簧力，确保卫星能够被平稳推离且不会因过大的弹簧力而对卫星造成冲击。其中，最底层的分离弹簧刚度最大、载荷最大，保证其能推动上面堆叠的所有卫星的分离运动；最顶层的分离弹簧的刚度最小、载荷最小，其仅需要推动最顶层的卫星分离。
[0034]
卫星需要分离时，如图2所示，同时对卫星组的八个分离螺母6供电，分离螺母6解锁并释放锁紧杆2。在最顶层压紧环内的分离弹簧8的弹簧力作用下，四组锁紧杆2会迅速向上方飞出，同时，下层压紧环内的分离弹簧依次推动不同层、列的卫星彼此分离。
[0035]
如图7a～8b所示，长压紧环3和短压紧环4的上、下端均设有与卫星连接的安装边，短压紧环4的高度为长压紧环3的一半，压紧环整体从侧面看为形，压紧环内的底部设有用于放置分离弹簧8的平台。优选地，分离弹簧8下端用小螺钉固定在压紧环底部的平台上，避免其脱离压紧环飞出。堆叠后，压紧环单元可为卫星提供稳定支撑，避免卫星遇到振动时上下窜动，从而提高卫星组的锁紧刚度和系统基频。
[0036]
需要说明的是，以上涉及方位的表述，如“内”、“外”、“顶”、“底”等，均基于附图所示的方位或位置关系，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所涉及的零部件必须具有特定的方位、构造或操作。此外，为了附图的简洁，附图中部分结构或特征如孔、安装边、压紧环等未被全部标注，虽然附图标号仅指向其中一个或几个，但描述的内容代表了相同的全部特征。
[0037]
本实用新型未详细阐述的属于本领域公知技术。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型作任何形式的限制，凡在其精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构，包括压紧座(1)、压紧环、锁紧杆(2)、锁紧座(5)、分离螺母(6)、锁紧螺钉(7)、分离弹簧(8)和压紧螺钉(10)；其特征在于，每颗卫星上都安装三个或四个压紧环，相邻卫星上的压紧环依次沿纵向堆叠，多层卫星在同一方位上的压紧环构成一组压紧环单元，整个卫星组通过四组压紧环单元完成堆叠；每组压紧环单元被两根锁紧杆(2)压紧，锁紧杆(2)下端通过锁紧螺钉(7)和分离螺母(6)相连，锁紧杆(2)上端通过压紧螺钉(10)与压紧座(1)连接；分离螺母(6)下端和锁紧座(5)连接，锁紧座(5)固定在运载平台上；卫星组堆叠完成后，通过压紧螺钉(10)施加预紧力，从而压紧各压紧环单元，锁紧卫星组；每个压紧环内部均设有预压缩的分离弹簧(8)；分离时，控制所有分离螺母(6)同时解锁，释放锁紧杆(2)；在分离弹簧的作用下，锁紧杆(2)向上飞出，同时，各卫星被依次推动实现分离。2.根据权利要求1所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述压紧环上端和下端分别设有锥台和锥窝，锥台和锥窝相匹配，能为堆叠过程提供定位，并限制各压紧环之间发生横向位移。3.根据权利要求1所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述压紧环上、下端均设有与卫星连接的安装边，压紧环整体从侧面看为形。4.根据权利要求1～3任一项所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述压紧环内的底部设有用于放置分离弹簧(8)的平台。5.根据权利要求4所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述分离弹簧(8)下端固定在所述压紧环内的平台上，避免分离过程中分离弹簧脱离压紧环而飞出。6.根据权利要求1所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，设置在不同层的分离弹簧的刚度不同，以提供大小不同的弹簧力，最底层的分离弹簧刚度最大，最顶层的分离弹簧的刚度最小。7.根据权利要求1所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述分离机构可用于单列堆叠卫星或并列堆叠卫星；用于单列堆叠时，每个卫星的不同侧面分别安装四个结构相同的压紧环，卫星组由四组压紧环单元锁紧；用于并列堆叠时，每个卫星的两个内侧角处各安装一个短压紧环(4)，外侧面安装一个长压紧环(3)，短压紧环(4)的高度是长压紧环(3)的一半，卫星组由外侧面的两组长压紧环单元和内侧角的两组短压紧环单元共同锁紧。8.根据权利要求1所述的适用于堆叠卫星的非火工分离机构，其特征在于，所述分离螺母(6)为记忆金属分离螺母。

技术总结
本实用新型提供一种适用于堆叠卫星的非火工分离机构，每颗卫星上都安装三个或四个压紧环，相邻卫星上的压紧环沿纵向堆叠，同一方位上的压紧环构成一组压紧环单元，卫星组通过四组压紧环单元完成堆叠；压紧环单元被锁紧杆压紧，锁紧杆下端连接分离螺母，上端通过压紧螺钉与压紧座连接；分离螺母下端和锁紧座连接，锁紧座固定在运载平台上；堆叠完成后，通过压紧螺钉施加预紧力压紧各压紧环单元，从而锁紧卫星组。分离时，控制所有分离螺母同时解锁释放锁紧杆；分离弹簧推动锁紧杆向上飞出，并推动各卫星依次分离。本实用新型组装简便、结构紧凑、质量轻、空间利用率高，分离过程无冲击、无气体排出，可进行地面分离试验，安全性高、可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：付佳丽
受保护的技术使用者：北京灵翼航宇科技有限公司
技术研发日：2022.12.08
技术公布日：2023/3/30