一种卫星存储与释放机构及方法与流程

1.本发明涉及微小卫星的运载与发射技术领域，具体涉及一种卫星存储与释放机构及方法。


背景技术：

2.在航天领域，卫星的制造成本随着制造周期的增加而增加，技术先进性随着制造周期的增加而下降。因此，具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等多种优势的微小卫星得到了迅速发展，成为当前航天技术发展的重要方向之一。微小卫星目前主要应用于通信、对地遥感、行星际探测、科学研究和技术试验等方面。
3.重量在1000kg以下的人造卫星被统称为微小卫星。其中，立方星是一种采用国际通用标准的微小卫星，标准化是立方星的一个基本特征，立方星以u(unit)为基本单位，1u立方星的体积为10cm
×
10cm
×
10cm，重量小于1.33kg，在此基础上，可拓展出2u、3u甚至12u立方星。在航天器设计领域，通用化、模块化的设计目的使得立方星成为了微小卫星的发展主要方向之一。
4.微小卫星的在轨部署方式有3种：1)利用火箭富余的运载能力搭载发射，入轨后释放分离；2)采用母子星的方式，在大卫星的在轨运行过程中将依附的微小卫星释放；3)空间站直接释放。微小卫星通常可由卫星释放装置释放，在运载过程中将微小卫星锁定在装置内，待运行至预定轨道后解锁，并将卫星推出装置送入太空。现有的卫星释放装置大多利用弹簧推动卫星将其释放，且仅能以队列方式存储和一次性释放微小卫星，如果需要释放多个卫星则只能一次性释放所有卫星，无法调节单个卫星的发射时间和顺序，释放装置结构也较为复杂，加工成本高。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是提供一种卫星存储与释放机构，能够在运载过程中实现对微小卫星的固定，在运行至预定轨道后实现对微小卫星的释放，并且在释放时能够根据需要调节单个卫星的发射时间和顺序，结构简单，加工成本低廉。
6.上述卫星存储与释放机构包括：舱体，具有释放舱门；传送组件，设置在所述舱体内部，所述传送组件包括驱动电机以及传送带；以及多个磁吸连接部，设置在所述传送带上；其中，所述磁吸连接部具有连接接口，所述连接接口包括磁吸模块，用于实现所述卫星与所述磁吸连接部之间的可释放连接；所述驱动电机驱动所述传送带活动，将所述磁吸连接部移动至与所述释放舱门对应的位置，所述卫星可自所述磁吸连接部释放并被推出至所述释放舱门外。
7.在一个或多个实施方式中，所述连接接口还包括：电源模块，通过所述电源模块实现所述卫星的供电；以及通信模块，通过所述通信模块实现数据与信号传输。
8.在一个或多个实施方式中，所述连接接口上设置有多个弹簧触点，所述连接接口通过所述弹簧触点与所述卫星的对应触点物理接触。
9.在一个或多个实施方式中，所述弹簧触点设置于所述连接接口的中心处。
10.在一个或多个实施方式中，所述连接接口表面贴附有导热材料，所述连接接口还包括热控模块，通过所述热控模块实现所述卫星的温度控制。
11.在一个或多个实施方式中，所述磁吸连接部包括支撑部以及连接部，所述连接部通过所述支撑部凸出于所述传送带表面设置，所述连接接口设置在所述连接部上。
12.在一个或多个实施方式中，所述卫星为立方星。
13.本发明的另一个目的是提供一种卫星存储与释放方法，能够在运载过程中实现对微小卫星的固定，在运行至预定轨道后实现对微小卫星的释放，并且在释放时能够根据需要调节单个卫星的发射时间和顺序。
14.上述卫星存储与释放方法采用上述的卫星存储与释放机构实现微小卫星的在轨存储与释放；所述卫星存储与释放方法包括如下步骤：存储卫星时，将卫星用于磁吸连接的接口与所述磁吸连接部的连接接口对应放置；向所述磁吸模块通入正向电流，在磁性吸附力的作用下所述卫星与所述磁吸连接部吸附连接；释放卫星时，所述驱动电机驱动所述传送带活动，将待释放的卫星移动至与所述释放舱门对应的位置；向所述磁吸模块通入反向电流，在磁性排斥力的作用下所述卫星远离所述磁吸连接部，朝向所述释放舱门活动释放至所述舱体外部。
15.本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：
16.上述卫星存储与释放机构中的磁吸连接部采用磁吸锁定的方式来实现多个立方星的固定存储与在轨释放，结构简单，通过调节磁吸模块的电流方向即可实现卫星的吸附固定和推动释放两种功能，控制方便灵活。传送组件能够保证运载发射力学环境，并在主体装置在轨时能够进行灵活传送，可以根据发射需求调节单个立方星的释放时间和顺序，同时通过在传送带上布设多个磁吸连接部，舱体内部的存储空间利用率高，部署尺寸更集约，能够实现立方星的高集约存储。
附图说明
17.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
18.图1是根据一实施例的卫星存储与释放机构的立体示意图。
19.图2是根据一实施例的卫星存储与释放机构的俯视示意图。
20.图3是根据一实施例的卫星存储与释放机构的侧视示意图。
21.图4是根据一实施例的磁吸连接部的示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
23.微小卫星的在轨部署方式通常是通过将微小卫星搭载在其它大型装置上运载，例如随火箭搭载发射，或者是作为子星随母星运行，待大型装置入轨后再将微小卫星释放。在运载过程中，需要有额外的存储固定装置用于存储并对微小卫星进行固定，限制卫星在存储装置内部的活动自由度，避免在大型装置的发射或运行过程中微小卫星在发射装置内窜动而造成损坏；在大型装置运行至预定轨道位置后，需要解除存储固定装置对微小卫星的固定，并通过释放装置将卫星释放送入至太空中。
24.现有技术中，专利cn104527996b公开了一种整体轨道式立方星发射装置，可用于单个或多个标准立方星运载与发射，但该发射装置仅能以队列方式存储立方星，在装置尾部通过弹簧一次性发射所有立方星，无法实现单个发射，也无法改变立方星的发射时间和顺序。专利cn106516172b公开了一种用于微纳卫星多星在轨释放的装置，该释放装置采用弹簧和绳索实现对立方星的固定，立方星的释放方式则是通过热刀切割绳索实现一次性释放，同样不具备单个发射能力。专利cn110963090b公开了一种小卫星发射的冗余解锁与时序控制的释放机构，该释放机构采用电磁铁控制舱门的方式间接释放立方星，而非直接控制立方星，含有大量复杂的机械连动机构，并且也无法实现立方星指定顺序的释放。此外，如果采用该释放机构存储多个3u或6u立方星，会导致装置整体过于狭长，存储利用率低下，不利于火箭搭载。专利cn104816842b公开了一种微纳卫星多星适配部署装置及应用，该部署装置利用伸缩挡板和弹簧实现对立方星的锁紧，每颗立方星均需配备伸缩挡板和弹簧装置，机械复杂度较高，装置整体结构也较为复杂。
25.为解决前述一个或多个问题，本技术提供一种卫星存储与释放机构，能够在运载过程中实现对微小卫星的固定，在运行至预定轨道后实现对微小卫星的释放，并且在释放时能够根据需要调节单个卫星的发射时间和顺序，结构简单，加工成本低廉。
26.图1至图3示出了一种可用于3u立方星4的卫星存储与释放机构。卫星存储与释放机构包括舱体1、传送组件2以及多个磁吸连接部3，舱体1具有释放舱门11，传送组件2设置在舱体1内部，传送组件2包括驱动电机21以及传送带22，多个磁吸连接部3设置在传送带22上。其中，磁吸连接部3具有连接接口310，连接接口310包括磁吸模块，用于实现卫星与磁吸连接部3之间的可释放连接，驱动电机21驱动传送带22活动，将磁吸连接部3移动至与释放舱门11对应的位置，卫星可自磁吸连接部3释放并被推出至释放舱门11外。
27.上述卫星存储与释放机构中的磁吸连接部3采用磁吸锁定的方式来实现多个立方星4的固定存储与在轨释放，结构简单，通过调节磁吸模块的电流方向即可实现卫星的吸附固定和推动释放两种功能，控制方便灵活。传送组件2能够保证运载发射力学环境，并在主体装置在轨时能够进行灵活传送，可以根据发射需求调节单个立方星4的释放时间和顺序，同时通过在传送带22上布设多个磁吸连接部3，舱体1内部的存储空间利用率高，部署尺寸更集约，能够实现立方星4的高集约存储。
28.在装载立方星4时，将立方星4用于磁吸连接的接口与磁吸连接部3的连接接口310对应放置，向磁吸模块通入正向电流，在磁性吸附力的作用下立方星4可与磁吸连接部3吸附连接，从而能够在运载过程中实现立方星4在舱内的固定，限制其活动自由度，避免在主体装置的发射过程中立方星4在舱体1内部自由窜动而造成舱体1或立方星4的损坏。
29.在运行至预定轨道需要释放立方星4时，驱动电机21驱动传送带22活动，将需要释放的立方星4移动至与释放舱门11对应的位置，向磁吸模块通入反向电流，立方星4将解除
与磁吸连接部3的固定连接，并在磁性排斥力的作用下远离磁吸连接部3，朝向释放舱门11活动释放至舱体1外部，完成对单个立方星4的释放。
30.在一个实施方式中，连接接口310还包括电源模块以及通信模块，通过电源模块实现卫星的供电，通过通信模块实现卫星与磁吸连接部3之间的数据与信号传输。通过在连接接口310增设电源及通信模块可使卫星存储与释放机构具备供电以及数据通信功能，从而能够实现舱体1内部多个立方星4的统一供电及管理，有利于立方星4的在轨长期存储，以便于卫星更换或是应急使用。微小卫星具有一定的使用寿命，例如部分立方星的使用寿命为3个月，在卫星达到使用寿命期限前需要对其及时进行更换；而未使用的卫星(待机模式)如果保存得当可以长期存储10年以上。上述卫星存储与释放机构能够作为长期存储装置，存放在舱体1内部的卫星处于待机模式，在没有使用需求时可长期存储多个微小卫星，在有使用需求时候可释放卫星在轨工作，用以替换达到使用寿命期限的卫星，或是在卫星出现故障时应急使用。
31.连接接口310还包括热控模块，通过热控模块实现卫星的温度控制，连接接口310表面贴附有导热材料313，实现卫星与磁吸连接部3之间的热传递，从而能够在立方星4的运载或是在轨存储期间通过热控模块对舱体1内部的立方星4进行温度控制，避免例如在主体装置的发射过程中因舱体1内部温度过高而对立方星4造成损坏。导热材料313可以采用铜条、铝膜、热管、导热硅脂等。
32.在一个具体的实施方式中，磁吸连接部3包括支撑部32以及连接部31，连接部31通过支撑部32凸出于传送带22表面设置，连接接口310设置在连接部31上。磁吸连接部3的连接接口310如图4所示，连接接口310上设置有多个用于与立方星4磁吸连接的电磁铁311以及用于电连接的多个触点312，其余部分大面积贴附有用于实现卫星温控的导热材料313，连接接口310通过该多个触点312与卫星上的对应触点312物理接触，实现两者的电连接。如图4所示，触点312设置于连接接口310的中心处，包括设置于两侧的用于为立方星4供电的电源正极触点3121与电源负极触点3123，以及设置于中间的用于与立方星4数据信号传输的通信触点3122。
33.在一个实施方式中，连接接口310上的触点为弹簧触点312，连接接口310通过弹簧触点312与卫星上的对应触点312物理接触，当磁吸连接部3与立方星4在磁性吸附力的作用下吸附连接时，连接接口310上的弹簧触点312与卫星上的对应触点相抵，并在两触点之间施加预紧力，以确保连接接口310与卫星之间电连接的稳定性。
34.本技术还提供了一种卫星存储与释放方法，采用前述一个或多个实施方式中的卫星存储与释放机构实现微小卫星的在轨存储与释放，该卫星存储与释放方法包括以下步骤：
35.存储卫星时，将卫星用于磁吸连接的接口与磁吸连接部3的连接接口310对应放置，向磁吸模块通入正向电流，在磁性吸附力的作用下卫星与磁吸连接部3吸附连接；
36.释放卫星时，驱动电机21驱动传送带22活动，将待释放的卫星移动至与释放舱门11对应的位置，向磁吸模块通入反向电流，在磁性排斥力的作用下卫星远离磁吸连接部3，朝向释放舱门11活动释放至舱体1外部。
37.在上述卫星存储与释放方法中，需要将待释放的卫星移动至与释放舱门11对应的位置后再切换磁吸模块的磁极将卫星推出释放，在确认卫星已处于可释放位置之前卫星与
磁吸连接部将保持在吸附连接状态。待释放卫星是否移动至可释放位置(即与释放舱门11对应的位置)的这一判断可以是直接通过电机控制进行判断的，也可以是通过在舱门11处设置传感器感应判断的。
38.上述卫星存储与释放方法采用磁吸锁定的方式实现多个卫星的固定存储与在轨释放，通过调节磁吸模块的电流方向即可实现卫星的吸附固定和推动释放两种功能，控制方便灵活，并且能够通过电机控制根据发射需求调节单个卫星的释放时间和顺序，同时还能够实现卫星的高集约存储。
39.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种卫星存储与释放机构，其特征在于，包括：舱体，具有释放舱门；传送组件，设置在所述舱体内部，所述传送组件包括驱动电机以及传送带；以及多个磁吸连接部，设置在所述传送带上；其中，所述磁吸连接部具有连接接口，所述连接接口包括磁吸模块，用于实现所述卫星与所述磁吸连接部之间的可释放连接；所述驱动电机驱动所述传送带活动，将所述磁吸连接部移动至与所述释放舱门对应的位置，所述卫星可自所述磁吸连接部释放并被推出至所述释放舱门外。2.如权利要求1所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述连接接口还包括：电源模块，通过所述电源模块实现所述卫星的供电；以及通信模块，通过所述通信模块实现数据与信号传输。3.如权利要求2所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述连接接口上设置有多个弹簧触点，所述连接接口通过所述弹簧触点与所述卫星的对应触点物理接触。4.如权利要求3所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述弹簧触点设置于所述连接接口的中心处。5.如权利要求2所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述连接接口表面贴附有导热材料，所述连接接口还包括热控模块，通过所述热控模块实现所述卫星的温度控制。6.如权利要求1所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述磁吸连接部包括支撑部以及连接部，所述连接部通过所述支撑部凸出于所述传送带表面设置，所述连接接口设置在所述连接部上。7.如权利要求1所述的卫星存储与释放机构，其特征在于，所述卫星为立方星。8.一种卫星存储与释放方法，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的卫星存储与释放机构实现微小卫星的在轨存储与释放；所述卫星存储与释放方法包括如下步骤：存储卫星时，将卫星用于磁吸连接的接口与所述磁吸连接部的连接接口对应放置；向所述磁吸模块通入正向电流，在磁性吸附力的作用下所述卫星与所述磁吸连接部吸附连接；释放卫星时，所述驱动电机驱动所述传送带活动，将待释放的卫星移动至与所述释放舱门对应的位置；向所述磁吸模块通入反向电流，在磁性排斥力的作用下所述卫星远离所述磁吸连接部，朝向所述释放舱门活动释放至所述舱体外部。

技术总结
一种卫星存储与释放机构包括舱体、传送组件以及多个磁吸连接部，舱体具有释放舱门，传送组件设置在所述舱体内部，所述传送组件包括驱动电机以及传送带，多个磁吸连接部设置在所述传送带上。其中，所述磁吸连接部具有连接接口，所述连接接口包括磁吸模块，用于实现所述卫星与所述磁吸连接部之间的可释放连接。所述驱动电机驱动所述传送带活动，将所述磁吸连接部移动至与所述释放舱门对应的位置，所述卫星可自所述磁吸连接部释放并被推出至所述释放舱门外。还提供一种卫星存储与释放方法。舱门外。还提供一种卫星存储与释放方法。舱门外。还提供一种卫星存储与释放方法。


技术研发人员：郭崇滨 王世航 尹增山 郑鹏飞 陈超
受保护的技术使用者：上海微小卫星工程中心
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/3/24