一种适于多层叠放的开敞式卫星构型
阅读说明：本技术 一种适于多层叠放的开敞式卫星构型 (Open satellite configuration suitable for multilayer stacking ) 是由 裴胜伟 李峰 陈东 黄华 李修峰 刘绍然 刘敏 范为 于 2021-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适于多层叠放的开敞式卫星构型,包括：平板、侧板A、侧板B、侧板C、侧板D、侧板E、侧板F、对接筒A、对接筒B、对接筒C、对接筒D和对接筒E。本发明通过卫星层叠压紧实现卫星组合体与运载的连接,避免了多星分配器的使用,进而节省了整流罩空间和运载能力。(The invention discloses an open satellite configuration suitable for multilayer stacking, which comprises: the device comprises a flat plate, a side plate A, a side plate B, a side plate C, a side plate D, a side plate E, a side plate F, a docking barrel A, a docking barrel B, a docking barrel C, a docking barrel D and a docking barrel E. The invention realizes the connection of the satellite assembly and the carrying through the satellite stacking and pressing, avoids the use of a multi-satellite distributor, and further saves the space and the carrying capacity of the fairing.)
技术领域
本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种适于多层叠放的开敞式卫星构型。
背景技术
近年来，全球低轨通信星座领域发展有持续加速的态势。以一网(OneWeb)、 星链(StarLink)为代表的低轨星座项目建设不断推进，引领着一场信息基础 设施的巨大变革，给传统卫星设计、生产以及发射方式提出新的要求。
自1957年，第一颗人造卫星“斯普尼克”1号(Sputnik-1)上天以来， 全球研究和发射的卫星项目大多以单星为主，即使最大规模的星座系统，如“铱 星”(Iridium)、“全球星”(Globalstar)也不超过数十颗量级。根据项目规模大 小，卫星发射通常采用一箭一星或传统一箭多星的方式。据统计，2006年至 2015年的近10年间，国外实现一箭多星发射的次数共有156次(成功149次， 失败7次)，占运载火箭总发射次数的25.91％，平均每次发射3.95颗卫星。 对于一箭一星发射方式，卫星与运载对接后，卫星主承力结构设计要求具备足 够的刚度和强度以抵抗发射过载而不发生破坏。对于传统一箭多星发射方式， 为实现运载与多颗卫星的连接与分离，通常设计多星分配器。作为运载上面级 的延伸，多星分配器结构设计要求具备较好的刚度和强度分布，以保证安装在 不同位置的卫星均具有较好的载荷界面。而卫星方面与一箭一星发射方式类似， 仍需设计充分的刚度和强度裕度以抵抗发射过载。上述两种发射方式的共同点 在于：(1)卫星主结构整体要求承担发射过载；(2)分配器(如有)应满足一 定的强度和形状保持要求，以保证多颗卫星在发射阶段和入轨分离阶段不产生 碰撞。由此带来的弊端为：(1)卫星主承力结构占比较高，结构总质量较大； (2)壁挂式或托盘式的分配器与卫星组合方案降低了整流罩内部空间利用率， 同时分配器作为发射过程的服务模块，其可观的自身重量也浪费了部分运载能 力。
另外，在传统的卫星设计思想中，不管主承力形式是箱板式、承力筒式还 是桁架式，卫星通常设计成封闭式构型。卫星结构除承受载荷外，还承担热控 实施、空间环境防护等功能。采用封闭式构型，一方面对限制了总装操作空间、 束缚了测试方案的自由度，因舱板的反复开合的必需操作，无形中延长了卫星 总装进度和流畅度，也造就了传统卫星动辄几十个月的研制生产周期现状；另 一方面增加了结构材料的使用，额外降低了卫星的载干比。
自2012年Oneweb成立后，国内外多个低轨互联网星座计划相继提出， 如SpaceX公司的Starlink，Telesat公司的Telesat LEO，Amazon公司的Kuiper， 航天科技集团公司的鸿雁星座，航天科工集团公司的虹云工程，电子科技集团 公司的天地一体化信息网络，银河航天公司的Galaxy等，星座规模都达到数 百颗甚至成千上万颗量级，采用上述一箭一星或传统一箭多星发射方式，远远 不能满足短时间星座部署及低成本建设的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适于多层叠 放的开敞式卫星构型，通过卫星层叠压紧实现卫星组合体与运载的连接，避免 了多星分配器的使用，进而节省了整流罩空间和运载能力。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种适于多层叠放的开敞式卫星 构型，包括：平板、侧板A、侧板B、侧板C、侧板D、侧板E、侧板F、对接 筒A、对接筒B、对接筒C、对接筒D和对接筒E；其中，所述平板为六边形； 所述侧板A、所述侧板B、所述侧板C、所述侧板D、所述侧板E和所述侧板 F分别与所述平板的相对应的侧面相连接；所述侧板A的一端与所述侧板B的 一端相连接，所述侧板B的另一端与所述侧板C的一端相连接，所述侧板C 的另一端与所述侧板D的一端相连接，所述侧板D的另一端与所述侧板E的 一端相连接，所述侧板E的另一端与所述侧板F的一端相连接，所述侧板F的 另一端与所述侧板A的另一端相连接；所述对接筒A分别与所述侧板F的另一 端和所述侧板A的另一端相连接；所述对接筒B分别与所述侧板A的一端与所 述侧板B的一端相连接；所述对接筒C分别与所述侧板B的另一端与所述侧板 C的一端相连接；所述对接筒D分别与所述侧板E的另一端与所述侧板F的一 端相连接；所述对接筒E设置于所述平板上；所述对接筒A、对接筒B、对接 筒C和对接筒D构成一个矩形，所述对接筒E位于对接筒C和对接筒D连接 线的中部位置。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，所述平板的上表面设置有加强筋 组合。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，所述加强筋组合包括第一平板加 强筋、第二平板加强筋、第三平板加强筋、第四平板加强筋、第五平板加强筋、 第六平板加强筋和第七平板加强筋；其中，所述第一平板加强筋的一端与所述 侧板F相连接，所述第一平板加强筋的另一端与所述侧板A的中部相连接；所 述第二平板加强筋的一端与所述侧板A的一端相连接，所述第二平板加强筋的 另一端与所述对接筒E相连接；所述第一平板加强筋与所述第二平板加强筋交 叉连接；所述第三平板加强筋的一端与所述对接筒E相连接，所述第三平板加 强筋的另一端与所述侧板A的另一端相连接；所述第四平板加强筋的一端与所述侧板A的中部相连接，所述第四平板加强筋的另一端与所述侧板B另一端相 连接；所述第三平板加强筋与所述第四平板加强筋交叉连接；所述第五平板加 强筋的一端与所述侧板F的一端相连接，所述第五平板加强筋的另一端与所述 对接筒E相连接；所述第六平板加强筋的一端与所述对接筒E相连接，所述第 六平板加强筋的另一端与所述侧板B的另一端相连接；所述第七平板加强筋的 一端与所述侧板D的中部相连接，所述第七平板加强筋的另一端与所述对接筒 E相连接。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，所述第一平板加强筋与所述第三 平板加强筋平行，所述第二平板加强筋与所述第四平板加强筋平行。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，所述第五平板加强筋和所述第六 平板加强筋在一条直线上；所述第五平板加强筋与所述侧板A平行。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，还包括：第一对接筒加强筋A和 第二对接筒加强筋A；其中，所述第一对接筒加强筋A的一端与所述侧板F相 连接，所述第一对接筒加强筋A的另一端与所述对接筒A相连接；所述第二对 接筒加强筋A的一端与所述侧板A相连接，所述第二对接筒加强筋A的另一端 与所述对接筒A相连接。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，还包括：第一对接筒加强筋B和 第二对接筒加强筋B；其中，所述第一对接筒加强筋B的一端与所述侧板A相 连接，所述第一对接筒加强筋B的另一端与所述对接筒B相连接；所述第二对 接筒加强筋B的一端与所述侧板A相连接，所述第二对接筒加强筋B的另一端 与所述对接筒B相连接。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，还包括：第一对接筒加强筋C和 第二对接筒加强筋C；其中，所述第一对接筒加强筋C的一端与所述侧板B相 连接，所述第一对接筒加强筋C的另一端与所述对接筒C相连接；所述第二对 接筒加强筋C的一端与所述侧板C相连接，所述第二对接筒加强筋C的另一 端与所述对接筒C相连接。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，还包括：第一对接筒加强筋D和 第二对接筒加强筋D；其中，所述第一对接筒加强筋D的一端与所述侧板E相 连接，所述第一对接筒加强筋D的另一端与所述对接筒D相连接；所述第二对 接筒加强筋D的一端与所述侧板F相连接，所述第二对接筒加强筋D的另一端 与所述对接筒D相连接。
上述适于多层叠放的开敞式卫星构型中，所述侧板D安装对地天线。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明以金属框架作为卫星主结构，易于加工，且成本较低；
(2)本发明的开敞式结构设计，一方面减少了结构板使用，进而减少了星 体质量，另一方面卫星具备较大的操作空间，便于批量化总装测试；
(3)本发明采用对接筒和统一压紧释放装置组合方式实现卫星组合体与运 载的连接与分离，不再使用多星分配器，进一步释放了整流罩布局空间以及运 载能力；
(4)本发明以对接筒作为卫星之间连接界面，将整星结构抗力学环境设计 思想调整为以对接筒为主、框架结构为辅的设计思想，降低了框架结构抗力学 环境要求，进而降低了结构产品成本以及重量；
(5)本发明针对国内主流运载不同尺寸的整流罩，构型具备单层1颗和 单层两颗进行叠放的能力，提高了卫星对运载的适应性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领 域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并 不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的 部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的适于多层叠放的开敞式卫星框架结构示意图；
图2是本发明实施例提供的适于多层叠放的开敞式卫星单星发射状态示意 图；
图3是本发明实施例提供的适于多层叠放的开敞式卫星单星在轨状态示意 图；
图4是本发明实施例提供的大尺寸整流罩内多层叠放状态示意图；
图5是本发明实施例提供的大尺寸整流罩内多层叠放状态分离示意图；
图6是本发明实施例提供的小尺寸整流罩内多层叠放状态示意图；
图7是本发明实施例提供的小尺寸整流罩内多层叠放状态分离示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了 本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被 这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本 公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的 是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的适于多层叠放的开敞式卫星框架结构示意图。 如图1所示，该适于多层叠放的开敞式卫星构型，其特征在于包括：平板1、 侧板A2、侧板B3、侧板C4、侧板D5、侧板E6、侧板F7、对接筒A8、对接 筒B9、对接筒C10、对接筒D11和对接筒E12；其中，
平板1为六边形；侧板A2、侧板B3、侧板C4、侧板D5、侧板E6和侧 板F7分别与平板1的相对应的侧面相连接；侧板A2的一端与侧板B3的一端 相连接，侧板B3的另一端与侧板C4的一端相连接，侧板C4的另一端与侧板 D5的一端相连接，侧板D5的另一端与侧板E6的一端相连接，侧板E6的另 一端与侧板F7的一端相连接，侧板F7的另一端与侧板A2的另一端相连接； 对接筒A8分别与侧板F7的另一端和侧板A2的另一端相连接；对接筒B9分 别与侧板A2的一端与侧板B3的一端相连接；对接筒C10分别与侧板B3的另 一端与侧板C4的一端相连接；对接筒D11分别与侧板E6的另一端与侧板F7 的一端相连接；对接筒E12设置于平板1上；对接筒A8、对接筒B9、对接筒 C10和对接筒D11构成一个矩形，对接筒E12位于对接筒C10和对接筒D11 连接线的中部位置。
如图1所示，平板1的上表面设置有加强筋组合。加强筋组合包括第一平 板加强筋131、第二平板加强筋132、第三平板加强筋133、第四平板加强筋 134、第五平板加强筋135、第六平板加强筋136和第七平板加强筋137。其 中，
第一平板加强筋131的一端与侧板F7相连接，第一平板加强筋131的另 一端与侧板A2的中部相连接；第二平板加强筋132的一端与侧板A2的一端 相连接，第二平板加强筋132的另一端与对接筒E12相连接；第一平板加强筋 131与第二平板加强筋132交叉连接；第三平板加强筋133的一端与对接筒E12相连接，第三平板加强筋133的另一端与侧板A2的另一端相连接；第四 平板加强筋134的一端与侧板A2的中部相连接，第四平板加强筋134的另一 端与侧板B3另一端相连接；第三平板加强筋133与第四平板加强筋134交叉 连接；第五平板加强筋135的一端与侧板F7的一端相连接，第五平板加强筋 135的另一端与对接筒E12相连接；第六平板加强筋136的一端与对接筒E12 相连接，第六平板加强筋136的另一端与侧板B3的另一端相连接；第七平板 加强筋137的一端与侧板D5的中部相连接，第七平板加强筋137的另一端与 对接筒E12相连接。
第一平板加强筋131与第三平板加强筋133平行，第二平板加强筋132 与第四平板加强筋134平行。第五平板加强筋135和第六平板加强筋136在一 条直线上；第五平板加强筋135与侧板A2平行。
如图1所示，该适于多层叠放的开敞式卫星构型还包括：第一对接筒加强 筋A151和第二对接筒加强筋A152；其中，第一对接筒加强筋A151的一端与 侧板F7相连接，第一对接筒加强筋A151的另一端与对接筒A8相连接；第二 对接筒加强筋A152的一端与侧板A2相连接，第二对接筒加强筋A152的另一 端与对接筒A8相连接。
如图1所示，该适于多层叠放的开敞式卫星构型还包括：第一对接筒加强 筋B153和第二对接筒加强筋B154；其中，第一对接筒加强筋B153的一端与 侧板A2相连接，第一对接筒加强筋B153的另一端与对接筒B9相连接；第二 对接筒加强筋B154的一端与侧板A2相连接，第二对接筒加强筋B154的另一 端与对接筒B9相连接。
如图1所示，该适于多层叠放的开敞式卫星构型还包括：第一对接筒加强 筋C161和第二对接筒加强筋C162；其中，第一对接筒加强筋C161的一端与 侧板B3相连接，第一对接筒加强筋C161的另一端与对接筒C10相连接；第 二对接筒加强筋C162的一端与侧板C4相连接，第二对接筒加强筋C162的另 一端与对接筒C10相连接。
如图1和图2所示，该适于多层叠放的开敞式卫星构型还包括：第一对接 筒加强筋D163和第二对接筒加强筋D164；其中，第一对接筒加强筋D163的 一端与侧板E6相连接，第一对接筒加强筋D163的另一端与对接筒D11相连 接；第二对接筒加强筋D164的一端与侧板F7相连接，第二对接筒加强筋D164 的另一端与对接筒D11相连接。
卫星截面近似为矩形，由平板1、侧板A2、侧板B3、侧板C4、侧板D5、 侧板E6、侧板F7、对接筒A8、对接筒B9、对接筒C10、对接筒D11和对接 筒E12。其中，由5个对接筒连线构成的矩形截面特征定义为卫星的服务舱结 构，其余特征定义为载荷舱结构。服务舱与载荷舱均为开敞式结构。整星以平 板1为中面，两侧特征除对接筒A8和对接筒B9外为对称结构。平板1设计了 平板加强筋和太阳翼驱动机构安装孔14特征。对接筒A8和对接筒B9设计了 对接筒加强筋，对接筒C10和对接筒D11设计了对接筒加强筋，对接筒E12 位于星体中间位置。
平板和侧板除构成卫星主承力结构外，还作为设备的安装界面。如图2所 示，远离服务舱的侧板D5作为对地面，安装对地天线17；其相邻的侧板C4 和侧板E6外表面和内表面用于安装其他载荷。如图3所示，该构型设计安装 两组相同的太阳翼18，以平板为对称面，安装在服务舱的两侧。卫星入轨后， 太阳翼展开并以平板法线为轴线，具备360°旋转对正太阳光的能力。
对接筒A8和对接筒B9高度为其余对接筒高度的一半，两者均位于平板的 一侧。所有对接筒均为中空结构，一个端面设置凸止口，另一个端面设置凹止 口。两星叠放时，上层卫星对接筒的凹止口与下层卫星的凸止口相互配合，实 现卫星定位及发射时抵抗横向载荷的目的。对接筒内设置簧片，卫星叠放后， 簧片产生预压力。
对于不同截面尺寸的整流罩，设置图4和图5所示单层一颗和图6和图7 所示单层两颗两种层叠方案。单层一颗叠放时，为补偿对接筒A8和对接筒B9 的高度差，需设置补偿对接筒20。根据运载能力，设计叠放层数。多层卫星叠 放后，在顶层卫星上端面设置压紧释放装置，由该装置提供的预紧力，实现发 射阶段卫星组合体与运载的可靠连接。组合体入轨后，压紧释放装置动作后， 解除预紧，各层之间卫星通过在簧片预压力作用下，依次弹开至安全距离后， 太阳翼展开并且启动发动机转移至预定轨道。
本发明以金属框架作为卫星主结构，易于加工，且成本较低；本发明的开 敞式结构设计，一方面减少了结构板使用，进而减少了星体质量，另一方面卫 星具备较大的操作空间，便于批量化总装测试；本发明采用对接筒和统一压紧 释放装置组合方式实现卫星组合体与运载的连接与分离，不再使用多星分配器， 进一步释放了整流罩布局空间以及运载能力；本发明以对接筒作为卫星之间连 接界面，将整星结构抗力学环境设计思想调整为以对接筒为主、框架结构为辅 的设计思想，降低了框架结构抗力学环境要求，进而降低了结构产品成本以及 重量；本发明针对国内主流运载不同尺寸的整流罩，构型具备单层1颗和单层 两颗进行叠放的能力，提高了卫星对运载的适应性。
本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法 和技术内容对本发明技术方案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简单修改、 等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
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