一种低轨通信卫星结构的制作方法

    专利2022-07-30  50



    1.本实用新型涉及一种卫星结构,特别涉及一种低轨通信卫星结构。


    背景技术:

    2.低轨通信卫星的轨道高度低,使得传输延时短。路径损耗小,多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖,频率复用更有效;另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此,leo系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。因通信卫星在商业上的应用,低轨通信卫星的发射越来越多。随着越来越多的公司依赖低轨通信卫星星座提供的数据,太空产业正在寻求更大的商业动力。
    3.低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。在若干个轨道平面上布置多颗卫星,由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台,在地球表面形成蜂窝状服务小区,服务区内用户至少被一颗卫星覆盖,用户可以随时接入系统。
    4.卫星尤其是对于暴露在外的载荷天线,在空间中的工作环境是非常恶劣的,运行中的每个周期都要经历剧烈的温度变化,会导致卫星载荷天线发生热致振动现象,影响其卫星载荷天线的寿命,严重时会导致卫星关键部件损坏,热致振动现象会破坏卫星载荷天线的平稳,影响卫星载荷天线工作。针对热致振动现象,现有技术人员进行了卫星的在轨热致动分析及在太空环境中展开的太阳能电池板的动力学问题,还有尝试通过改变航天器的安装和结构搭配来减少振动,但是效果都不理想。


    技术实现要素:

    5.针对现有热致振动现象会破坏低轨通信卫星载荷天线工作的问题,本实用新型提供一种降低载荷天线振动的低轨通信卫星结构。
    6.本实用新型的一种低轨通信卫星,包括卫星本体和载荷天线1,载荷天线1位于卫星本体的外壳体顶部,载荷天线1的天线面的背部设有支撑板110,所述支撑板110由多个多边形板拼接而成,每个多边形板包括上约束层111、第一减振层112和下约束层113;
    7.第一减振层112设置在上约束层111和下约束层113间,且呈倾斜状;
    8.所述第一减振层112采用粘弹性阻尼材料,上约束层111和下约束层113采用复合材料压板。
    9.作为优选,所述卫星本体包括外壳体和三块太阳能电池板;三块太阳能电池板分别为一块体装板121和两块展开板122,体装板121固定在外壳体上,两块展开板122分布在体装板121两侧,并分别与体装板121两侧铰接,所述三块太阳能电池板的背板与外壳体均包括内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214、第二减振层1215和第二约束层1216;
    10.内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214、第二减振层1215和第二约束层1216由外至内依次设置,其中第二减振层1215为倾斜状,所述第一减振层112采用粘弹性阻尼材料,所述内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214和第二约束层1216采用复合材料压板。
    11.作为优选,所述卫星本体还包括太阳敏感器6、测控应答机7、电源控制器8、反作用飞轮9、测控天线10、星务计算机5、星敏感器4、光纤陀螺3、蓄电池2和对接环11;
    12.外壳体包括六块面板,组成封闭空间,载荷天线1和太阳敏感器6设置在上面板的顶部;
    13.星敏感器4固定在第一侧面板外侧;
    14.与第一侧面板相邻的第二侧面板内侧设置有测控应答机7、电源控制器8、反作用飞轮9、星务计算机5、光纤陀螺3和蓄电池2,所述外壳体还包括隔板,用于将六块面板组成封闭空间分隔成各个空间,其中,光纤陀螺3和星务计算机5设置在同一空间,光纤陀螺3设置在星务计算机5上方,测控应答机7和反作用飞轮9位于同一空间,测控应答机7位于反作用飞轮9上方,蓄电池2和电源控制器8各处于一个独立空间;
    15.测控天线10设置在下面板的底面,且分布在角上,测控天线10朝向卫星外侧;
    16.对接环11位于下面板底面。
    17.本实用新型的有益效果在于:本实用新型的卫星结构将载荷天线1的天线面背部设置支撑板,支撑板110由多个多边形板拼接而成,采用多个多边形拼接能够拼接出与天线面的曲面更贴合结构,更能有效的支撑天线面;本实用新型的支撑板110为一个减振装置,该减振装置采用两个约束层之间间隙中的填充阻尼材料的减振层且处于倾斜位置,当载荷天线发生热致振动,减振层能为水平与竖直两个方向的振动提供阻尼力,降低振动,保证卫星载荷天线的平稳。本实用新型还提供了卫星内部各功能系统的工作空间、位置布局、天线指向等,节约空间的同时,实现合理布局。
    附图说明
    18.图1为本实用新型的一种低轨通信卫星结构的示意图;
    19.图2为图1的另一个角度的示意图;
    20.图3为图2中三块太阳能电池板展开的示意图;
    21.图4为载荷天线的示意图;
    22.图5为载荷天线的支撑板的结构示意图;
    23.图6为支撑板的一块多边形的结构示意图;
    24.图7为太阳能电池板的背板的示意图;
    25.图8为本实用新型的一种低轨通信卫星结构的内部分布示意图。
    具体实施方式
    26.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
    27.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。
    28.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明,但不作为本实用新型的限定。
    29.本实施方式的一种低轨通信卫星,包括卫星本体和载荷天线1,载荷天线1位于卫星本体的外壳体顶部,如图4所示,本实施方式在载荷天线1天线面的背部设有支撑板110,如图5所示,本实施方式的支撑板110由多个多边形板拼接而成,拼接出与天线面的曲面更贴合结构,更能有效的支撑天线面,如图6所示,每个多边形板包括上约束层111、第一减振层112和下约束层113;
    30.第一减振层112设置在上约束层111和下约束层113间,且呈倾斜状;
    31.所述第一减振层112采用粘弹性阻尼材料,上约束层111和下约束层113采用复合材料压板。
    32.本实施方式的约束层是在自由阻尼结构的基础上增加的约束,由于约束层的约束,使结构振动时减振层承受较大的剪切变形和一部分拉压变形,从而在合成的交变应力作用下,通过粘弹性阻尼材料长链分子的分子链的破坏而损耗振动能量,从而增加整个结构的阻尼效应,在没有显著改变壳体刚度和质量的情况下,能够有效降低振动响应共振峰值的幅度。
    33.当载荷天线的天线面垂直方向发生振动时,第一减振层112由于上约束层111和下约束层113发生剪切变形和压缩变形会耗散大量的振动能量,起到了对垂直方向振动很好的阻尼作用,本实施方式可以有效抑制载荷天线天线面在工作中垂直方向的高频震动。
    34.本实施方式的卫星本体包括三块太阳能电池板;三块太阳能电池板分别为一块体装板121和两块展开板122,体装板121固定在外壳体上,两块展开板122分布在体装板121两侧,并分别与体装板121两侧铰接,太阳电池板收拢状态的卫星结构如图2所示,展开状态的卫星结构如图3所示;如图7所示,太阳能电池板包括太阳能接收板1211和背板,太阳能接收板1211和背板贴合在一起,背板包括内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214、第二减振层1215和第二约束层1216;
    35.内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214、第二减振层1215和第二约束层1216由外至内依次设置,其中第二减振层1215为倾斜状,第一减振层112采用粘弹性阻尼材料,内壳板1212、蜂窝层1213、第一约束层1214和第二约束层1216采用复合材料压板。
    36.当太阳能电池板的板面垂直方向发生振动时,减振层131由于第一约束层1214和第二约束层1216发生剪切变形和压缩变形会耗散大量的振动能量,起到了对垂直方向振动很好的阻尼作用,降低了太阳能电池板的振动。
    37.本实施方式的卫星本体的外壳体与太阳能电池板的背板结构相同,实现减振功能。
    38.本实施方式的复合材料压板采用碳纤维树脂层/环氧树脂单向板,先手工铺贴,然后热压固化形成复合材料压板;本实施方式的粘弹性阻尼材料选择zn

    1型丁基阻尼橡胶,厚度为0.1mm至1mm厚的胶膜,然后和碳纤维单板一起裁切,手工铺叠,最后高温共固化成型;本实施方式的卫星采用蜂窝板结构形式,以实现卫星各功能分系统的结构连接与部件的安装支撑;
    39.此外,在进行该卫星结构设计时,还考虑了各功能系统的工作空间、位置布局、天线指向等要求。卫星内部各功能系统结构如图8所示。包括测控系统、星务计算机5、姿轨控系统、电源与供配电系统和对接环;
    40.测控系统包括测控应答机7、测控天线10和载荷天线1,主要功能是接收地面站发
    射的上行遥控信号并进行解调,生成指令并执行,或发送到综合电子系统模块执行,以及将综合电子系统模块送来的工程遥测参数经调制后下传,采集测控模块自身的工程参数,发送至综合电子系统模块,同时也可完成载荷数据的下行数传。
    41.星务计算机5,主要功能为对卫星进行星务管理,对星上各单机部件进行管理,控制卫星姿态及轨道,同时接收并执行遥控指令及注入数据,采集、打包并发送遥测信息,并具备整星热控、电源和推进管理功能。
    42.姿轨控系统包括反作用飞轮9、光纤陀螺3、太阳敏感器6、星敏感器4,主要功能是具备姿态和轨道的确定与控制等功能:卫星的姿态控制功能用于获取卫星姿态并施加控制力矩,稳定、保持卫星当前姿态或控制卫星姿态从当前姿态过渡到另一个姿态,轨道控制功能用于根据卫星任务要求进行轨道的调整,保证轨道满足任务的约束。
    43.电源与供配电系统包括太阳能电池板、电源控制器8和蓄电池2,主要功能为卫星在轨运行期间,为卫星提供电源,满足各仪器设备的功率需求;电源分系统在光照期利用太阳电池阵发电,对卫星各设备供电,并对蓄电池充电,在地影期由蓄电池对卫星各设备供电。
    44.对接环11作为星箭对接装置,以保证星箭间的可靠连接与分离。
    45.本实施方式卫星本体外壳体包括六块面板,组成封闭空间,载荷天线1和太阳敏感器6设置在上面板的顶部;
    46.星敏感器4固定在第一侧面板外侧;
    47.与第一侧面板相邻的第二侧面板内侧设置有测控应答机7、电源控制器8、反作用飞轮9、星务计算机5、光纤陀螺3和蓄电池2,所述外壳体还包括隔板,用于将六块面板组成封闭空间分隔成各个空间,其中,光纤陀螺3和星务计算机5设置在同一空间,光纤陀螺3设置在星务计算机5上方,测控应答机7和反作用飞轮9位于同一空间,测控应答机7位于反作用飞轮9上方,蓄电池2和电源控制器8各处于一个独立空间;
    48.测控天线10设置在下面板的底面,且分布在角上,测控天线10朝向卫星外侧;
    49.对接环11位于下面板底面。
    50.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

    技术特征:
    1.一种低轨通信卫星,包括卫星本体和载荷天线(1),其特征在于,载荷天线(1)位于卫星本体的外壳体顶部,载荷天线(1)的天线面的背部设有支撑板(110),所述支撑板(110)由多个多边形板拼接而成,每个多边形板包括上约束层(111)、第一减振层(112)和下约束层(113);第一减振层(112)设置在上约束层(111)和下约束层(113)间,且呈倾斜状;所述第一减振层(112)采用粘弹性阻尼材料,上约束层(111)和下约束层(113)采用复合材料压板。2.根据权利要求1所述的低轨通信卫星,其特征在于,所述卫星本体包括外壳体和三块太阳能电池板;三块太阳能电池板分别为一块体装板(121)和两块展开板(122),体装板(121)固定在外壳体上,两块展开板(122)分布在体装板(121)两侧,并分别与体装板(121)两侧铰接,所述三块太阳能电池板的背板与外壳体均包括内壳板(1212)、蜂窝层(1213)、第一约束层(1214)、第二减振层(1215)和第二约束层(1216);内壳板(1212)、蜂窝层(1213)、第一约束层(1214)、第二减振层(1215)和第二约束层(1216)由外至内依次设置,其中第二减振层(1215)为倾斜状,所述内壳板(1212)、蜂窝层(1213)、第一约束层(1214)和第二约束层(1216)采用复合材料压板。3.根据权利要求2所述的低轨通信卫星,其特征在于,所述卫星本体还包括太阳敏感器(6)、测控应答机(7)、电源控制器(8)、反作用飞轮(9)、测控天线(10)、星务计算机(5)、星敏感器(4)、光纤陀螺(3)、蓄电池(2)和对接环(11);外壳体包括六块面板,组成封闭空间,载荷天线(1)和太阳敏感器(6)设置在上面板的顶部;星敏感器(4)固定在第一侧面板外侧;与第一侧面板相邻的第二侧面板内侧设置有测控应答机(7)、电源控制器(8)、反作用飞轮(9)、星务计算机(5)、光纤陀螺(3)和蓄电池(2),所述外壳体还包括隔板,用于将六块面板组成封闭空间分隔成各个空间,其中,光纤陀螺(3)和星务计算机(5)设置在同一空间,光纤陀螺(3)设置在星务计算机(5)上方,测控应答机(7)和反作用飞轮(9)位于同一空间,测控应答机(7)位于反作用飞轮(9)上方,蓄电池(2)和电源控制器(8)各处于一个独立空间;测控天线(10)设置在下面板的底面,且分布在角上,测控天线(10)朝向卫星外侧;对接环(11)位于下面板底面。
    技术总结
    一种低轨通信卫星结构,涉及一种卫星结构,解决了现有热致振动现象会破坏低轨通信卫星载荷天线工作的问题,包括卫星本体和载荷天线,载荷天线位于卫星本体的外壳体顶部,载荷天线的天线面的背部设有支撑板,所述支撑板由多个多边形板拼接而成,每个多边形板包括上约束层、第一减振层和下约束层;第一减振层设置在上约束层和下约束层间,且呈倾斜状;所述第一减振层采用粘弹性阻尼材料,上约束层和下约束层采用复合材料压板。减振层能为水平与竖直两个方向的振动提供阻尼力,降低振动,保证卫星载荷天线的平稳。星载荷天线的平稳。星载荷天线的平稳。


    技术研发人员:刘通 安好 施红勃
    受保护的技术使用者:赛德雷特(珠海)航天科技有限公司
    技术研发日:2020.06.16
    技术公布日:2021/3/9

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