一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统的制作方法

：本发明属于航天，具体涉及一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统。

背景技术

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背景技术：

1、目前，我国高等院校的航天类专业课程大多都围绕卫星进行，包括卫星整体设计，卫星姿轨控制，卫星热控制等，但由于难以接触到真实的人造卫星，导致该专业学生的动手能力参差不齐，难以将所学的专业知识运用到实际工程中。

2、随着空间技术的发展，卫星小型化已经成为航天发展的一大趋势，目前，各国研发的微小卫星相继发射升空，微小卫星技术日渐成熟。除了科研和产业需求外，微小卫星平台同样可以用于教育领域，其中最具有代表性的就是立方星平台，立方星是一种采用国际通用标准的低成本卫星，其体积以“u”为单位进行划分，1u为100*100*100，由于体积小，质量低，使得立方星的设计门槛大幅降低，在高校实验室中即可完成设计和制造，目前，国内已有多所高校开展了立方星项目。

3、考虑到立方星内部的元器件需要满足航天标准，且卫星发射升空的成本较高，对于国内大部分高校来说，立方星项目仍然难以连续实施。因此，需要提出一套更具普适性的航天系统工程教育解决方案，为航天专业的学生提供动手实践的工程教育机会。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，包括上位机和桌面卫星，其特征在于：

2、所述桌面卫星包括：

3、内框架，所述内框架为立方体框架，所述内框架顶部设置有顶板，底部设有底板，各侧面均设置有侧板，所述侧板包括开关安装侧板、相机安装侧板和相对设置的两块伺服电机安装侧板，所述内框架内还设置有电路板安装架，所述电路板安装架内设置有主控板；

4、电源管理系统，所述电源管理系统包括电池板、电源板、太阳能帆板，所述电池板和电源板均设置于电路板安装架内，所述电池板上设置有锂电池，所述电源板与电池板和太阳能帆板电连接，所述太阳能帆板为两块，分别转动设置在两块伺服电机安装侧板外，并将太阳能转化为电能通过电源板为锂电池充电；

5、无线通信系统，包括设置于主控板上的无线通讯模块和设置于顶板外侧的天线，用于卫星和上位机之间的通讯；

6、姿态确定与控制系统，所述姿态确定与控制系统包括姿态确定与控制板、飞轮磁力矩棒驱动板、磁力矩棒安装板、太阳敏感器、伺服电机、飞轮测速器、反作用飞轮、有刷直流电机；所述姿态确定与控制板与磁力矩棒驱动板均设置于电路板安装架内，且姿态确定与控制板与主控板电连接，有刷直流电机和磁力矩棒驱动板与姿态确定与控制板电连接；所述太阳敏感器设置于顶板外侧，并与姿态确定与控制板电连接；所述伺服电机为两个且分别设置于两块伺服电机安装侧板内侧并与太阳能帆板的转轴相连；所述磁力矩棒安装板为正方形板且设置于底板上方，磁力矩棒安装板中心安装有有刷直流电机，所述反作用飞轮连接在有刷直流电机的转轴上；飞轮磁力矩棒驱动板通过螺柱设置于反作用飞轮的上方，且飞轮磁力矩棒驱动板下表面设置有飞轮测速器；

7、频率调制发射系统，所述频率调制发射系统包括频率调制发射器板，频率调制发射器和sd卡，所述频率调制发射器板设置于电路板安装架内，频率调制发射器与频率调制发射器板电连接用于发射sd卡存储的内容；

8、热控系统，所述热控系统包括热控板，温度传感器和水泥电阻，所述热控板设置于电路板安装架内并与温度传感器和水泥电阻电连接，所述温度传感器设置于各电路板上，用于获取各电路板的温度，水泥电阻也设置在各电路板上，由热控板控制用于调节电路板温度。

9、进一步地，所述无线通信模块包括天线、433无线通讯模块和zigbee无线通讯模块，所述433无线通讯模块和zigbee无线通讯模块设置于主控板上，433无线通讯模块与天线电连接用于不同桌面卫星间的通讯，所述zigbee无线通讯模块用于卫星和上位机之间的通讯。

10、进一步地，所述相机安装侧板上设置有相机，电路板安装架内还设有相机板。

11、进一步地，所述磁力矩棒安装板相邻两侧边设置有磁力矩棒，用于辅助调整系统姿态；另外两个相邻侧边设置有平衡调节螺杆，所述平衡调节螺杆上设置有平衡质量块，用于调节桌面卫星的质心。

12、进一步地，所述电源管理系统还包括开关和充电口，所述开关和充电口均设置于开关安装侧板上，且与电源板电连接，所述电源板上设有充放电保护电路，防止锂电池过充过放。

13、进一步地，所述伺服电机安装侧板内侧设置有伺服电机安装支架，用于固定伺服电机。

14、进一步地，所述底板下方设置有底座，所述底座包括转台托盘和转台底座，所述转台底座中心设置有转台中心柱，转台托盘与转台底座间设置有推力球轴承。

15、本发明具有如下有益效果：

16、本发明提供的一种面向航天教育领域的桌面卫星模拟系统能够较好的在实验室环境模拟真实卫星的航天技术原理，通过太阳敏感器计算太阳方向，主控板作为控制中枢由上位机操纵，控制调整太阳能帆板和桌面卫星的姿态，充分模拟了真实卫星的运作情况。

17、本系统采用模块化设计，通过设置电源管理系统、无线通信系统、姿态确定与控制系统、频率调制发射系统、热控系统，电源管理系统、卫星通讯、卫星姿态调节、卫星信号输出和卫星内部管理，各系统间相互独立，使用者在实验过程中通过接入对应系统的电路板连接导线，即可根据需求激活不同系统。

18、桌面卫星的架构开放，可拓展性强，能够给不同层次水平的操作者使用，在组装卫星的过程中还能增强学生的动手能力，以培养学生的工程设计能力和团队协作意识，激发学生的科技创新精神。

技术特征：

1.一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，包括上位机和桌面卫星，其特征在于，所述桌面卫星包括：

2.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述无线通信模块包括433无线通讯模块(56)和zigbee无线通讯模块(55)，所述433无线通讯模块(56)和zigbee无线通讯模块(55)设置于主控板(12)上，433无线通讯模块(56)与天线(1)电连接，用于不同桌面卫星间的通讯，所述zigbee无线通讯模块(55)用于卫星和上位机之间的通讯。

3.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述相机安装侧板(28)上设置有相机(29)，电路板安装架内还设有相机板(16)。

4.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述磁力矩棒安装板(41)相邻两侧边设置有磁力矩棒(37)，用于辅助调整系统姿态；另外两个相邻侧边设置有平衡调节螺杆(40)，所述平衡调节螺杆(40)上设置有平衡质量块(39)，用于调节桌面卫星的质心。

5.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述电源管理系统还包括开关(9)和充电口(10)，所述开关(9)和充电口(10)均设置于开关安装侧板(11)上，且与电源板(15)电连接，所述电源板(15)上设有充放电保护电路，防止锂电池(60)过充过放。

6.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述伺服电机安装侧板(21)内侧设置有伺服电机安装支架(23)，用于固定伺服电机(22)。

7.根据权利要求1所述的一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，其特征在于：所述底板(20)下方设置有底座，所述底座包括转台托盘(42)和转台底座(44)，所述转台底座(44)中心设置有转台中心柱(45)，转台托盘(42)与转台底座(44)间设置有推力球轴承(43)。

技术总结
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种面向航天工程教育领域的桌面卫星模拟系统，包括电源管理系统，用于为各子系统进行供电；无线通信系统，负责实现桌面卫星与桌面卫星、桌面卫星与上位机之间的通讯；姿态确定与控制系统，负责获取外部信息并控制太阳能帆板和桌面卫星的姿态；频率调制发射系统，用于模拟真实卫星对外输出信号；热控系统，获取并调整各子系统电路板的温度。本发明采用模块化设计，架构开放，可拓展性强，各系统间相互独立，可以根据自己的需求对系统进行拓展，以模拟不同的航天飞行任务。

技术研发人员：乔兵,宋天翔,郭荆江
受保护的技术使用者：乔兵
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24