一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备与流程

1.本技术涉及卫星制造与测试技术领域，具体而言，涉及一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备。


背景技术：

2.火箭载荷舱、多级火箭的上面级在质量特性测试和力学试验时，需要装载微纳卫星的结构星，从而获取符合真实情况的质量特性和动力学响应。在实际操作时，由于微纳卫星的结构星造价高昂，一般用质量相同、质心调配一致的模拟质量块代替微纳卫星参加质量特性测试和力学试验。
3.现有技术中，微纳卫星的模拟质量块仅能对微纳卫星的质量及质心状态进行模拟，忽略了微纳卫星的自身惯量，导致在进行质量特性测试及力学试验时，无法获取准确的转动惯量及响应数据的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备，以解决在对微纳卫星进行质量特性测试及力学试验时，无法获取准确的转动惯量及响应数据的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法，包括：获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，卫星结构信息还包括卫星转动惯量信息，卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，卫星尺寸信息包括卫星高度；在卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体，多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体，外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体；根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置；根据卫星包络体的包络体结构信息，确定卫星包络体的包络体转动惯量信息；将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸；按照最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与卫星包络体组合在一起，获得待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。
6.可选地，根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置，包括：将内部质量体移动至模拟件质心纵向距离对应的高度；在纵轴方向上，将多个外部质量体移动至与内部质量体处于同一水平面的位置。
7.可选地，将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸，包括：对代入卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度的力矩及惯量平衡等式进行求解，确定每个外部质量体的质量及平衡质
量体的质量；计算卫星包络体、所有外部质量体与平衡质量体的质量和；将卫星质量与质量和的差值作为内部质量体的质量；针对每个质量体，将该质量体的密度代入密度计算公式，确定该质量体的尺寸。
8.可选地，在确定每个质量体的质量及尺寸之前，还包括：根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，包络体力矩是指卫星包络体质心相对于模拟件质心的力矩，平衡质量体力矩是指平衡质量体质心相对于模拟件质心的力矩；根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式；由力矩平衡等式及惯量平衡等式，构成力矩及惯量平衡等式。
9.可选地，包络体结构信息包括包络体质量；根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，包括：将包络体质量与第一质心纵向距离差值的乘积作为第一乘积，第一质心纵向距离差值是指卫星包络体质心纵向距离与卫星质心纵向距离的差值；计算卫星高度与卫星质心纵向距离的差值，将该差值与第二平衡质量体对应的质量体半径的差值作为第一距离，将第二平衡质量体质量与第一距离的乘积作为第二乘积，质量体半径是指平衡质量体为正立方体时的内切球半径或者平衡质量体为球体时的球体半径；将第一平衡质量体质量与第二质心纵向距离差值的乘积作为第三乘积，第二质心纵向距离差值是指卫星质心纵向距离与第一平衡质量体对应的质量体半径的差值；计算第一乘积与第二乘积的和值，根据该和值与第三乘积之间的相等关系，建立力矩平衡等式。
10.可选地，包络体转动惯量信息包括包络体纵向惯量、包络体横向惯量及包络体径向惯量，卫星转动惯量信息包括不同方向上的卫星转动惯量；根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式，包括：将两个第一外部质量体惯量之和作为第一外部惯量，将两个第二外部质量体惯量作为第二外部惯量，每个外部质量体惯量是指该外部质量体相对于模拟件质心的转动惯量；将包络体纵向惯量、第一外部惯量、第二外部惯量三者之和作为模拟件纵向转动惯量，将包络体横向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、第一外部惯量三者之和作为模拟件横向转动惯量，将包络体径向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、第二外部惯量三者之和作为模拟件径向转动惯量；针对每个方向，根据该方向对应的卫星转动惯量与该方向对应的模拟件转动惯量之间的相等关系，建立该方向对应的方向惯量平衡等式；由三个方向惯量平衡等式共同构成惯量平衡等式。
11.可选地，卫星包络体为长方体，卫星包络体包括两个第一侧框架及两个第二侧框架，两个第一侧框架互为对向侧面，两个第二侧框架互为对向侧面；在卫星包络体上预布置多个质量及尺寸待定的多个质量体，包括：在卫星包络体内部的纵轴上预布置内部质量体；在卫星包络体内部的底板和顶板上，分别布置第一平衡质量体及第二平衡质量体；在卫星包络体的两个第一侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第一外部质量体；在卫星包络体的两个第二侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第二外部质量体。
12.可选地，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，包括：根据卫星尺寸信息，确定卫星包络体的包络体尺寸；根据包络体尺寸分别确定轻质接口板、轻质结构板及四个轻质侧框架的尺寸；按照各自的尺寸，将轻质接口板、轻质结构板及四个轻质侧框架组合在一起，构成卫星包络体。
13.第二方面，本技术实施例还提供了一种微纳卫星质量特性模拟件的构建装置，所
述装置包括：包络体构建模块，用于获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，卫星结构信息还包括卫星转动惯量信息，卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，卫星尺寸信息包括卫星高度；质量体布置模块，用于在卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体，多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体，外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体；布置位置确定模块，用于根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置；包络体惯量确定模块，用于根据卫星包络体的包络体结构信息，确定卫星包络体的包络体转动惯量信息；质量尺寸确定模块，用于将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸；模拟件构建模块，用于按照最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与卫星包络体组合在一起，获得待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。
14.第三方面，本技术实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法的步骤。
15.本技术实施例带来了以下有益效果：本技术实施例提供的一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备，能够为待模拟微纳卫星构建卫星包络体，并在卫星包络体上布置多个质量体，通过卫星结构信息对多个质量体的布置位置进行调整，以使构建的质量特性模拟件的质心与待模拟微纳卫星质心重合，同时，利用力矩及惯量平衡等式解算出每个质量体的质量及尺寸，利用确定质量及尺寸的多个质量体来模拟待模拟微纳卫星的等效惯量，与现有技术中的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法相比，解决了在对微纳卫星进行质量特性测试及力学试验时，无法获取准确的转动惯量及响应数据的问题。
16.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1示出了本技术实施例所提供的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法的流程图；图2示出了本技术实施例所提供的微纳卫星质量特性模拟件的结构示意图；
图3示出了本技术实施例所提供的微纳卫星质量特性模拟件的构建装置的结构示意图；图4示出了本技术实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.值得注意的是，在本技术提出之前，火箭载荷舱、多级火箭的上面级在质量特性测试和力学试验时，需要装载微纳卫星的结构星，从而获取符合真实情况的质量特性和动力学响应。在实际操作时，由于微纳卫星的结构星造价高昂，一般用质量相同、质心调配一致的模拟质量块代替微纳卫星参加质量特性测试和力学试验。现有技术中，微纳卫星的模拟质量块仅能对微纳卫星的质量及质心状态进行模拟，忽略了微纳卫星的自身惯量，导致在进行质量特性测试时获取的转动惯量不精准，以及在进行力学试验时获取的响应数据不准确的问题。基于此，本技术实施例提供了一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法，以提高获取的转动惯量及响应数据的准确性。
21.请参阅图1，图1为本技术实施例所提供的一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法的流程图。如图1所示，本技术实施例提供的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法，包括：步骤s101，获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体。
22.该步骤中，待模拟微纳卫星可指质量特性模拟件的模拟对象。
23.卫星结构信息包括卫星质量、卫星尺寸信息及卫星转动惯量信息。
24.卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，卫星转动惯量信息还包括不同方向上的卫星转动惯量，不同方向指的是纵向、横向及径向。
25.卫星尺寸信息包括卫星高度，卫星尺寸信息还包括卫星长度及卫星宽度。
26.卫星包络体可指模拟待模拟微纳卫星的外围结构的包络体。
27.在本技术实施例中，待模拟微纳卫星对应的质量特性模拟件（以下简称模拟件），由两部分构成，一部分为卫星包络体，一部分为多个质量体。其中，卫星包络体由轻质材料搭建而成，为了对待模拟微纳卫星进行准确模拟，需要先获取待模拟微纳卫星的卫星尺寸，根据卫星的长、宽、高来构建卫星包络体。以卫星包络体为长方体为例，卫星包络体的高度与待模拟微纳卫星的卫星高度相等，卫星包络体的长和宽也由待模拟微纳卫星的长度和宽度决定。
28.在一可选实施例中，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，包括：根据卫星尺寸信息，确定卫星包络体的包络体尺寸；根据包络体尺寸分别确定轻质接口板、
轻质结构板及四个轻质侧框架的尺寸；按照各自的尺寸，将轻质接口板、轻质结构板及四个轻质侧框架组合在一起，构成卫星包络体。
29.具体的，先根据卫星的长、宽、高，确定待构建的卫星包络体的长、宽、高，将轻质结构板作为卫星包络体的顶部板，将轻质接口板作为卫星包络体的底部板，将四个轻质侧框架作为卫星包络体的侧框架，由顶部板、底部板及四个侧框架构建出卫星包络体。其中，轻质结构板、轻质接口板及轻质侧框架均为轻质板，轻质板可以选用蜂窝板，也可以选用铝合金薄板。
30.另外，轻质接口板用于作为微纳卫星与火箭的安装接口。由于在进行质量特性测试及力学试验时，需要将模拟件与火箭连接，因此，在构建卫星包络体时，也需要根据星箭安装接口信息，在轻质接口板上设置多个安装孔。
31.步骤s102，在卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体。
32.该步骤中，多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体。
33.外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，外部质量体用于对待模拟微纳卫星的转动惯量进行模拟。
34.内部质量体用于补足卫星包络体及其余质量体的质量之和与待模拟微纳卫星质量之间的差距。
35.平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体，平衡质量体用于平衡模拟件质心纵向距离与卫星质心纵向距离，使得模拟件质心纵向距离与卫星质心纵向距离相等，平衡质量体包括一个第一平衡质量体和一个第二平衡质量体。
36.在本技术实施例中，待模拟微纳卫星本身在设计制造过程中，为防止分离偏转，就要求待模拟微纳卫星的横向质心偏差小于3mm，由此横向质心偏差带来的惯量偏差与卫星惯量相比差2个数量级，因此，可以认为待模拟微纳卫星的横向质心位于几何中心。另外，待模拟微纳卫星本身的惯量不大，用多个公斤级的质量体安装在卫星包络体外侧即可等效其惯量。公斤级质量体的本身惯量与卫星惯量相比差2个数量级，因此，可以将质量体等效为质点，即不用考虑质量体本身的惯量。
37.出于上述考虑，在卫星包络体上共布置七个质量体，其中，三个质量体布置在卫星包络体内部，这三个质量体分别是内部质量体、第一平衡质量体及第二平衡质量体，四个质量体布置在卫星包络体外部，称为外部质量体。三个布置在卫星包络体内部的质量体的质心均处于卫星包络体质心的纵轴上，四个外部质量体分别布置在卫星包络体的四个侧面框架上。
38.另外，外部质量体、内部质量体及平衡质量体均可以是正方体，也可以是球体。每个外部质量体也可以包括多个子外部质量体。
39.在一可选实施例中，卫星包络体为长方体，卫星包络体包括两个第一侧框架及两个第二侧框架，两个第一侧框架互为对向侧面，两个第二侧框架互为对向侧面；在卫星包络体上预布置多个质量及尺寸待定的多个质量体，包括：在卫星包络体内部的纵轴上预布置内部质量体；在卫星包络体内部的底板和顶板上，分别布置第一平衡质量体及第二平衡质量体；在卫星包络体的两个第一侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第一外部质量体；在卫星包络体的两个第二侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第二外部质量体。
40.下面参照图2来介绍质量体的预布置位置。
41.图2示出了本技术实施例所提供的微纳卫星质量特性模拟件的结构示意图。
42.如图2所示，卫星包络体包括轻质结构板201、轻质接口板202、两个第一侧框架203及两个第二侧框架204，两个第一侧框架203是互为对立面，两个第二侧框架204互为对立面。示例性的，两个第一侧框架可以是卫星包络体左右两个侧面，两个第二侧框架可以是卫星包络体前后两个侧面，或者，两个第二侧框架可以是卫星包络体左右两个侧面，两个第一侧框架可以是卫星包络体前后两个侧面。
43.在卫星包络体外部预布置四个外部质量体，四个外部质量体包括两个第一外部质量体211及两个第二外部质量体212，这四个外部质量体分别被布置在卫星包络体的四个侧框架上，且每个外部质量体的中心均位于对应侧框架的纵向中心线上。以外部质量体为正立方体为例，则每个外部质量体的质心在侧框架的投影均位于对应侧框架的纵向中心线上。
44.在卫星包络体内部预布置内部质量体214，且内部质量体214的质心处于卫星包络体的纵轴上，卫星包络体质心也在该纵轴上，以内部质量体214为正立方体为例，内部质量体214的几何中心处于卫星包络体的纵轴上。在卫星包络体的轻质接口板（底板）上预布置第一平衡质量体213，在卫星包络体的轻质结构板（顶板）上预布置第二平衡质量体215。
45.步骤s103，根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置。
46.该步骤中，卫星质心纵向距离可指待模拟微纳卫星的竖直方向质心高度。
47.在本技术实施例中，模拟件的横向质心在卫星包络体几何中心所在的纵轴上，但是，模拟件的质心高度与待模拟微纳卫星的质心高度不一定相等，需要对模拟件的质心高度进行调整，以使模拟件的质心高度与待模拟微纳卫星的质心高度相等。
48.这里，将模拟件质心在竖直方向上的高度作为模拟件质心纵向距离，将待模拟微纳卫星质心在竖直方向上的高度作为卫星质心纵向距离。为了对待模拟微纳卫星的质心位置进行模拟，可通过计算后确定的两个平衡质量体的质量大小来达到在竖直方向上，模拟件质心纵向距离与卫星质心纵向距离相等的目的。同时，根据模拟件质心纵向距离确定其他质量体在竖直方向上的最终布置位置。
49.在一可选实施例中，根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置，包括：将内部质量体移动至模拟件质心纵向距离对应的高度；在纵轴方向上，将多个外部质量体移动至与内部质量体处于同一水平面的位置。
50.具体的，将第一平衡质量体布置在卫星包络体的底板上，即轻质接口板上，将第二平衡质量体布置在卫星包络体的顶板上，即轻质结构板上，通过后续计算出来的两个平衡质量体的质量，使得模拟件质心纵向距离与卫星质心纵向距离相等，然后，为了保证模拟件质心纵向距离不变，针对除平衡质量体外的每个质量体，将该质量体布置在其竖直方向高度与模拟件质心纵向距离相等的位置上。
51.例如：可先将内部质量体移动至模拟件质心纵向距离对应的高度上，并用一块轻质薄板将内部质量体固定在该高度，然后，再将所有外部质量体移动至模拟件质心纵向距离对应的高度上，以完成所有质量体的最终布置位置确定。
52.步骤s104，根据卫星包络体的包络体结构信息，确定卫星包络体的包络体转动惯量信息。
53.该步骤中，包络体结构信息包括包络体质量、包络体尺寸信息及包络体转动惯量信息。
54.包络体转动惯量信息包括包络体质心纵向距离，包络体转动惯量信息还包括不同方向上的包络体转动惯量，不同方向指的是纵向、横向及径向。
55.包络体尺寸信息包括包络体高度，包络体尺寸信息还包括包络体长度及包络体宽度。
56.在本技术实施例中，在构建卫星包络体后，即可确定构建的卫星包络体的结构信息，即包络体结构信息，然后将包络体结构信息输入计算公式或者计算模型中，即可获得卫星包络体对应的包络体转动惯量信息。
57.步骤s105，将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸。
58.该步骤中，力矩及惯量平衡等式包括力矩平衡等式及惯量平衡等式，惯量平衡等式包括不同方向上的惯量平衡等式。
59.在本技术实施例中，将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式后，可利用梯度下降法确定每个质量体的质量，然后利用每个质量体的质量确定每个质量体的尺寸。
60.在一可选实施例中，在确定每个质量体的质量及尺寸之前，还包括：根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，包络体力矩是指卫星包络体质心相对于模拟件质心的力矩，平衡质量体力矩是指平衡质量体质心相对于模拟件质心的力矩；根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式；由力矩平衡等式及惯量平衡等式，构成力矩及惯量平衡等式。
61.具体的，在确定每个质量体的质量及尺寸之前，需要构建力矩及惯量平衡等式，以利用该等式计算每个质量体的质量。在构建力矩及惯量平衡等式时，需分别建立力矩平衡等式及惯量平衡等式。
62.力矩平衡等式是根据力矩平衡原理建立的。这里，将第一平衡质量体对应的力矩作为第一力矩，将第二平衡质量体对应的力矩与卫星包络体对应的力矩的之和作为第二力矩，力矩平衡等式是根据第一力矩与第二力矩的相等关系建立的。
63.针对纵向方向（竖直方向），根据卫星纵向转动惯量与模拟件纵向转动惯量之间的相等关系，建立纵向惯量平衡等式。针对横向方向（水平方向），根据卫星横向转动惯量与模拟件横向转动惯量之间的相等关系，建立横向惯量平衡等式。针对径向方向，根据卫星径向转动惯量与模拟件径向转动惯量之间的相等关系，建立径向惯量平衡等式。由纵向惯量平衡等式、横向惯量平衡等式及径向惯量平衡等式构成惯量平衡等式。
64.在一可选实施例中，包络体结构信息包括包络体质量；根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，包括：将包络体质量与第一质心纵向距离差值的乘积作为第一乘积，第一质心纵向距离差值是指卫星包络体质心纵向距离与卫星质心纵向距离的差值；计算卫星高度与卫星质心纵向距离的差值，将该差值与第二平衡质量体对应的质量体半径的差值作为第一距离，将第二平衡质量体质量与第一距离的乘积作为第
二乘积，质量体半径是指平衡质量体为正立方体时的内切球半径或者平衡质量体为球体时的球体半径；将第一平衡质量体质量与第二质心纵向距离差值的乘积作为第三乘积，第二质心纵向距离差值是指卫星质心纵向距离与第一平衡质量体对应的质量体半径的差值；计算第一乘积与第二乘积的和值，根据该和值与第三乘积之间的相等关系，建立力矩平衡等式。
65.这里，包络体质量记作：，第一质心纵向距离差值记作：，第二质心纵向距离差值记作：，卫星质心纵向距离记作：l，卫星包络体质心纵向距离记作：，卫星高度记作：h，第一平衡质量体质量记作：，第二平衡质量体质量记作：，第一平衡质量体对应质量体半径记作：，第二平衡质量体对应质量体半径记作：。
66.具体的，力矩平衡等式为：
×
（。其中，，，表示第一距离，表示第一乘积，
×
（表示第二乘积，表示第三乘积。
67.在一可选实施例中，包络体转动惯量信息包括包络体纵向惯量、包络体横向惯量及包络体径向惯量，卫星转动惯量信息包括不同方向上的卫星转动惯量；根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式，包括：将两个第一外部质量体惯量之和作为第一外部惯量，将两个第二外部质量体惯量作为第二外部惯量，每个外部质量体惯量是指该外部质量体相对于模拟件质心的转动惯量；将包络体纵向惯量、第一外部惯量、第二外部惯量三者之和作为模拟件纵向转动惯量，将包络体横向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、第一外部惯量三者之和作为模拟件横向转动惯量，将包络体径向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、第二外部惯量三者之和作为模拟件径向转动惯量；针对每个方向，根据该方向对应的卫星转动惯量与该方向对应的模拟件转动惯量之间的相等关系，建立该方向对应的方向惯量平衡等式；由三个方向惯量平衡等式共同构成惯量平衡等式。
68.这里，第一外部质量体惯量记作：，第二外部质量体惯量记作：，第一外部惯量记作：，第二外部惯量记作：，第一平衡质量体惯量记作：，第二平衡质量体惯量记作：，包络体纵向惯量记作：，包络体径向惯量记作：，包络体横向惯量记作：，卫星纵向转动惯量记作：，卫星径向转动惯量记作：，卫星横向转动惯量记作：，第一外部质量体质量记作：，第二外部质量体质量记作：，第一外部质量体对应的质量体半径记作：，第二外部质量体对应的质量体半径记作：，卫星包络体的长记作：2a，卫星包络体的宽记作：2b。
69.具体的，，，并且根据转动惯量计算公式及各质量体所在位置，可得：；；；。其中，第一平衡质量体惯量及第二平衡质量体惯量都是平衡质量体相对于模拟件质心的转动惯量。
70.针对纵向方向，纵向惯量平衡等式为：，其中，表示模拟件纵向转动惯量。针对横向方向，横向惯量平衡等式为：+，其中，表示模拟件横向转动惯量。针对径向方向，径向惯量平衡等式为：，其中，+表示模拟件径向转动惯量。由上述三个方向惯量平衡等式共同构成惯量平衡等式。
71.在一可选实施例中，将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸，包括：对代入卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度的力矩及惯量平衡等式进行求解，确定每个外部质量体的质量及平衡质量体的质量；计算卫星包络体、所有外部质量体及平衡质量体的质量和；将卫星质量与质量和的差值作为内部质量体的质量；针对每个质量体，将该质量体的密度代入密度计算公式，确定该质量体的尺寸。
72.具体的，构建力矩及惯量平衡等式之后，将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式中，并利用梯度下降算法对力矩及惯量平衡等式进行求解，可获得第一外部质量体质量、第二外部质量体质量、第一平衡质量体质量及第二平衡体质量。计算包络体质量、两个第一外部质量体质量、两个第二外部质量体质量及两个平衡质量体质量的质量之和，再用卫星质量减去质量和得到内部质量体的质量。同时，由于外部质量体及平衡质量体都是使用比重最大的铅做成的，即外部质量体的密度及平衡质量体的密度均是已知的，则可利用密度质量体积转换公式，计算出外部质量体及平衡质量体各自的质量体半径。另外，内部质量体的密度也是已知的，可以采用其他材质，同样可以利用密度质量体积转换公式，计算出质量体的边长。
73.步骤s106，按照最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与卫星包络体组合在一起，获得待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。
74.该步骤中，经过前面的步骤可以确定每个质量体的质量及尺寸，可按照确定的每个质量体的质量及尺寸，对各个质量体进行调整，并将调整后的质量体安装在卫星包络体上，获得待模拟微纳卫星的质量特性模拟件，上述步骤可以在计算机上执行，以确定质量特性模拟件的各种参数，根据这些参数可以实际生产出质量特性模拟件。
75.与现有技术中微纳卫星质量特性模拟件的构建方法相比，本技术能够为待模拟微纳卫星构建卫星包络体，并在卫星包络体上布置多个质量体，通过卫星结构信息对多个质量体的布置位置进行调整，以使构建的质量特性模拟件的质心与待模拟微纳卫星质心重合，同时，利用力矩及惯量平衡等式解算出每个质量体的质量及尺寸，利用确定质量及尺寸的多个质量体来模拟待模拟微纳卫星的等效惯量，解决了在对微纳卫星进行质量特性测试及力学试验时，无法获取准确的转动惯量及响应数据的问题。
76.基于同一发明构思，本技术实施例中还提供了与微纳卫星质量特性模拟件的构建方法对应的微纳卫星质量特性模拟件的构建装置，由于本技术实施例中的装置解决问题的原理与本技术实施例上述微纳卫星质量特性模拟件的构建方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
77.请参阅图3，图3为本技术实施例所提供的一种微纳卫星质量特性模拟件的构建装置的结构示意图。如图3中所示，所述微纳卫星质量特性模拟件的构建装置300包括：
包络体构建模块301，用于获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，卫星结构信息还包括卫星转动惯量信息，卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，卫星尺寸信息包括卫星高度；质量体布置模块302，用于在卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体，多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体，外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体；布置位置确定模块303，用于根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置；包络体惯量确定模块304，用于根据卫星包络体的包络体结构信息，确定卫星包络体的包络体转动惯量信息；质量尺寸确定模块305，用于将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸；模拟件构建模块306，用于按照最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与卫星包络体组合在一起，获得待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。
78.请参阅图4，图4为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图4中所示，所述电子设备400包括处理器410、存储器420和总线430。
79.所述存储器420存储有所述处理器410可执行的机器可读指令，当电子设备400运行时，所述处理器410与所述存储器420之间通过总线430通信，所述机器可读指令被所述处理器410执行时，可以执行如上述图1所示方法实施例中的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
80.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
81.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
82.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
83.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
84.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得
一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，rom）、随机存取存储器（random access memory，ram）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
85.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法，其特征在于，包括：获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据所述卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，所述卫星结构信息还包括卫星转动惯量信息，所述卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，所述卫星尺寸信息包括卫星高度；在所述卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体，所述多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体，所述外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，所述平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体；根据所述卫星质心纵向距离，对所述卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置；根据所述卫星包络体的包络体结构信息，确定所述卫星包络体的包络体转动惯量信息；将所述卫星转动惯量信息、所述包络体转动惯量信息及所述卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸；按照所述最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与所述卫星包络体组合在一起，获得所述待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述卫星质心纵向距离，对所述卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置，包括：将所述内部质量体移动至模拟件质心纵向距离对应的高度；在纵轴方向上，将所述多个外部质量体移动至与所述内部质量体处于同一水平面的位置。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述卫星转动惯量信息、所述包络体转动惯量信息及所述卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸，包括：对代入所述卫星转动惯量信息、所述包络体转动惯量信息及所述卫星高度的力矩及惯量平衡等式进行求解，确定每个外部质量体的质量及平衡质量体的质量；计算所述卫星包络体、所有外部质量体及所述平衡质量体的质量和；将卫星质量与所述质量和的差值作为内部质量体的质量；针对每个质量体，将该质量体的密度代入密度计算公式，确定该质量体的尺寸。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定每个质量体的质量及尺寸之前，还包括：根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，所述包络体力矩是指卫星包络体质心相对于模拟件质心的力矩，所述平衡质量体力矩是指平衡质量体质心相对于模拟件质心的力矩；根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式；由所述力矩平衡等式及所述惯量平衡等式，构成力矩及惯量平衡等式。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述包络体结构信息包括包络体质量；所述根据包络体力矩与平衡质量体力矩之间的相等关系，建立力矩平衡等式，包括：
将所述包络体质量与第一质心纵向距离差值的乘积作为第一乘积，所述第一质心纵向距离差值是指卫星包络体质心纵向距离与卫星质心纵向距离的差值；计算所述卫星高度与所述卫星质心纵向距离的差值，将该差值与第二平衡质量体对应的质量体半径的差值作为第一距离，将第二平衡质量体质量与所述第一距离的乘积作为第二乘积，所述质量体半径是指平衡质量体为正立方体时的内切球半径或者平衡质量体为球体时的球体半径；将第一平衡质量体质量与第二质心纵向距离差值的乘积作为第三乘积，所述第二质心纵向距离差值是指卫星质心纵向距离与第一平衡质量体对应的质量体半径的差值；计算所述第一乘积与所述第二乘积的和值，根据该和值与所述第三乘积之间的相等关系，建立力矩平衡等式。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述包络体转动惯量信息包括包络体纵向惯量、包络体横向惯量及包络体径向惯量，所述卫星转动惯量信息包括不同方向上的卫星转动惯量；所述根据卫星转动惯量与模拟件转动惯量之间的相等关系，建立惯量平衡等式，包括：将两个第一外部质量体惯量之和作为第一外部惯量，将两个第二外部质量体惯量作为第二外部惯量，每个外部质量体惯量是指该外部质量体相对于模拟件质心的转动惯量；将所述包络体纵向惯量、所述第一外部惯量、所述第二外部惯量三者之和作为模拟件纵向转动惯量，将所述包络体横向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、所述第一外部惯量三者之和作为模拟件横向转动惯量，将所述包络体径向惯量、第一平衡质量体惯量、第二平衡质量体惯量、所述第二外部惯量三者之和作为模拟件径向转动惯量；针对每个方向，根据该方向对应的卫星转动惯量与该方向对应的模拟件转动惯量之间的相等关系，建立该方向对应的方向惯量平衡等式；由三个方向惯量平衡等式共同构成惯量平衡等式。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星包络体为长方体，所述卫星包络体包括两个第一侧框架及两个第二侧框架，两个第一侧框架互为对向侧面，两个第二侧框架互为对向侧面；所述在所述卫星包络体上预布置多个质量及尺寸待定的多个质量体，包括：在所述卫星包络体内部的纵轴上预布置内部质量体；在所述卫星包络体内部的底板和顶板上，分别布置所述第一平衡质量体及所述第二平衡质量体；在所述卫星包络体的两个第一侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第一外部质量体；在所述卫星包络体的两个第二侧框架的纵向中心线上分别预布置一个第二外部质量体。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，包括：根据所述卫星尺寸信息，确定卫星包络体的包络体尺寸；根据所述包络体尺寸分别确定轻质接口板、轻质结构板及四个轻质侧框架的尺寸；按照各自的尺寸，将轻质接口板、所述轻质结构板及所述四个轻质侧框架组合在一起，
构成卫星包络体。9.一种微纳卫星质量特性模拟件的构建装置，其特征在于，包括：包络体构建模块，用于获取待模拟微纳卫星的卫星结构信息，根据所述卫星结构信息中的卫星尺寸信息构建卫星包络体，所述卫星结构信息还包括卫星转动惯量信息，所述卫星转动惯量信息包括卫星质心纵向距离，所述卫星尺寸信息包括卫星高度；质量体布置模块，用于在所述卫星包络体上预布置质量及尺寸待定的多个质量体，所述多个质量体包括布置于卫星包络体外围的外部质量体、布置于卫星包络体内部的内部质量体及平衡质量体，所述外部质量体包括两个第一外部质量体及两个第二外部质量体，平衡质量体包括第一平衡质量体及第二平衡质量体；布置位置确定模块，用于根据所述卫星质心纵向距离，对所述卫星包络体上质量及尺寸待定的多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定多个质量体的最终布置位置；包络体惯量确定模块，用于根据所述卫星包络体的包络体结构信息，确定所述卫星包络体的包络体转动惯量信息；质量尺寸确定模块，用于将所述卫星转动惯量信息、所述包络体转动惯量信息及所述卫星高度代入力矩及惯量平衡等式，确定每个质量体的质量及尺寸；模拟件构建模块，用于按照所述最终布置位置，将质量及尺寸确定的多个质量体与所述卫星包络体组合在一起，获得所述待模拟微纳卫星的质量特性模拟件。10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1至8中任一项所述的微纳卫星质量特性模拟件的构建方法的步骤。

技术总结
本申请提供了一种微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备，涉及卫星制造与测试技术领域，该方法包括：根据卫星尺寸信息构建卫星包络体；在卫星包络体上预布置多个质量体；根据卫星质心纵向距离，对卫星包络体上多个质量体的预布置位置进行纵向移动，确定最终布置位置；确定包络体转动惯量信息；将卫星转动惯量信息、包络体转动惯量信息及卫星高度代入力矩及惯量平衡等式确定质量体的质量及尺寸；按照最终布置位置，将多个质量体与卫星包络体组合获得质量特性模拟件。通过采用上述微纳卫星质量特性模拟件的构建方法、装置及设备，解决了在对微纳卫星进行质量特性测试及力学试验时，无法获取准确的转动惯量及响应数据的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：范忠华
受保护的技术使用者：北京未来宇航空间科技研究院有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/8/14