一种芯片卫星群及其散布方法与流程

本发明属于航天器姿态控制技术领域；涉及一种芯片卫星群，还涉及上述芯片卫星群的散布方法。

背景技术：

芯片星作为微小型卫星的一种，一经提出，就受到了航天业界的广受关注。得益于芯片技术的发展，一些以往只有大型航天器才能执行的任务，现在只需一颗或几颗小巧的芯片星即可替代；而且相对于传统的大型航天器而言，芯片星在制造和发射成本上有着极大的优势。由于自身大小和质量的限制，传统的姿态确定和调节方式在芯片星上无法应用或者要受到相当大的限制。

目前，针对芯片星的姿态调节问题，有着外部环境力矩和内力矩两种不同的方式，两者都有着相对较成熟的研究。外界环境力矩作用的姿轨调整方式中，已知的已有外部环境力矩来源有太阳帆、电动力绳等，即分别利用太阳光压力和星球磁场力矩对芯片星姿态轨道进行调节。针对芯片星的姿轨调节问题，运用外界环境力作用对芯片星进行姿态轨道调整是一种比较有效的调节方式，但对卫星构型、工作空间、调节时间和位置有着颇为苛刻的要求，受环境(电离层、磁场、太阳光照等)因素影响较大、亦会受初始状态条件限制，极有可能出现在需要进行姿态调整时无法第一时间响应甚至无法响应的现象。

内力矩作用的姿态轨道调整方式中，针对芯片星有限负载下传统内力矩调姿方式难以应用的情况，目前已有了一些利用卫星自身构件作为配重的姿态调整方式的研究。芯片星的内力矩姿态轨道控制，主要是基于动量矩守恒定理，通过改变卫星主体和附件的相对结构位置，来调整卫星的姿态轨道。相对于外力矩而言，内力矩姿态轨道控制方式有着不受外界环境影响的优点。然而，内力矩姿态轨道调整方式同样有着一些自身难以避免的缺陷。一方面，内力矩姿态调整方式会受限于自身能量储备限制，芯片星自身携带能量往往十分有限，且在轨期间可能难以获得良好的再充能环境，因此使用内力矩对芯片星调整姿态会大大减少卫星的工作寿命，而且次数和幅度可能无法满足姿态调整需求。另一方面，基于角动量的内力矩姿态轨道调节过程中，对卫星主体的姿态调节必然伴随着卫星相对结构的变化，而受限于卫星结构变化的范围限制，卫星主体姿态调节空间往往有限，而且要想保证卫星的各个部件都保持在应处的合理姿态布局十分困难，需要进行复杂而繁琐的控制与优化。

综上所述，芯片星上自身所负载的姿态调整方式和能力都很有限，依靠外部环境力矩进行调姿的方式受限于初始状态条件，可能根本无法启动；依靠内力矩进行调姿的方式受限于卫星结构变化的范围限制和负载能源限制，可能无法满足姿态调整的需求。因此，一方面，随意散布的芯片星很有可能无法把姿态调整到其工作所需的初始姿态；另一方面，当芯片星初始姿态出现严重偏差或扰动时，往往不能实现自身姿态的稳定。

技术实现要素：

本发明提供了一种芯片卫星群及其散布方法；能够在各个芯片卫星实现散布后达到其初始姿态需求，并且消减了各个芯片卫星的初始姿态扰动，实现了芯片卫星散布后初始姿态的稳定。

本发明的技术方案是：一种芯片卫星群，包括多个芯片卫星，芯片卫星之间通过可控转动连接机构连接，芯片卫星中的头端芯片卫星通过可控转动连接机构连接芯片卫星散布器；所述可控转动连接机构包括可控转动机构，可控转动机构的两端设置有可张合钳口；所述可张合钳口用于连接芯片卫星或芯片卫星散布器。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中可控转动连接机构并联或串联连接芯片卫星。

其中可控转动机构包括弹性铰接结构，弹性铰接结构的两端设置有可张合钳口。

其中可控转动机构为包括性弹片结构，柔性弹片结构的两端设置有可张合钳口。

其中柔性弹片结构为智能压电材料制成。

其中该芯片卫星群具有的多个可控转动连接机构采用的可控转动机构不全为柔性弹片结构或不全为弹性铰接结构。

本发明的另一技术特征是：一种上述芯片卫星群的散布方法，包括以下步骤：步骤s1，芯片卫星散布器保持封闭状态；步骤s2，卫星散布器打开相对的两侧端口，所述芯片卫星从卫星散布器的两个侧面伸出；步骤s3，可控转动机构调整其连接的芯片卫星或芯片卫星散布器的相对姿态；步骤s4，卫星散布器展开，完成散布。

其中步骤s3中可控转动机构按照预设的工作时序和转动量进行转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该芯片卫星群使用可控转动连接机构和芯片卫星散布器，能够在展开过程中和展开之后，利用芯片卫星散布器上姿态控制设备和芯片卫星间的可控转动连接机构过对芯片卫星群和芯片卫星散布器组成的系统整体进行姿态调节，最大化消减各个芯片卫星的初始姿态扰动，并将无法消除的扰动余量尽可能转移到芯片卫星散布器上，从而实现各个芯片卫星的初始姿态调节和稳定。

更进一步的，采用弹性铰链结构，其控制位闭合或者转动展开为固定角度的转动机构，可以通过简单的结构设计在无需过多控制的情况下实现芯片星的展开；柔性弹片为能够自由控制转动角度的转动机构，在实现芯片星的展开的同时还可以为系统整体姿态调节和构型调整提供辅助；采用两种不同转动机制的转动机构，能够满足不同位置的芯片卫星的转动需求。

本发明的有益效果还在于：使用该散布方法，能够使该芯片卫星群消除展开过程中芯片星姿态调整与整体结构变化对芯片卫星散布器主体姿态造成的影响；同时，基于各芯片卫星相对芯片卫星散布器的相对姿态、芯片卫星散布器主体的绝对姿态可确定各个芯片卫星在所需工作空间中的姿态，通过对芯片卫星散布器的绝对姿态进行调整，以满足各个芯片卫星散布后初始姿态的需要。

附图说明

图1为本发明芯片卫星群展开后的部分连接结构示意图；

图2为本发明中可控转动连接机构为弹性铰接的展开示意图；

图3为本发明中可控转动连接机构为柔性弹片的展开示意图；

图4为本发明芯片卫星群的工作流程图；

图5为本发明芯片卫星群的散布过程示意图。

图中：1为芯片卫星散布器；2为可控转动连接机构；3为芯片卫星；4为可控转动机构；5为可张合钳口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明。

本发明提供了一种芯片卫星群，该芯片卫星群包括多个芯片卫星，多个芯片卫星3通过可控转动连接机构2并联或串联连接；其中芯片卫星中的头端芯片卫星通过可控转动连接机构2与芯片卫星散布器1连接。

如图1所示，芯片卫星散布器1通过可控转动连接机构与头端芯片卫星连接。

如图2和3所示，可控转动连接机构2包括可控转动机构4，可控转动机构4的两端设置有可张合钳口5；其中可控转动机构4为弹性铰接结构，弹性铰接结构为部分可控转动；可控转动机构4为柔性弹片结构，柔性弹片结构为完全可控转动结构，且柔性弹片结构的材质优选为智能压电材料。

本发明提供的芯片卫星群，其具有多个芯片卫星和多个用于连接芯片卫星和芯片卫星散布器的可控转动连接机构2，其中可控转动连接机构2的可控转动机构4不全为柔性弹片结构或不全为弹性铰链结构。即在一个芯片卫星群中，同时使用柔性弹片结构的可控转动连接机构和弹性铰链结构的可控转动连接机构。

本发明还提供了上述芯片卫星群的散布方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤s1，该芯片卫星群的芯片卫星散布器1为封闭状态，并且从该状态开始散布，如图5中a和b所示。

步骤s2，芯片卫星散布器相对的两侧打开，通过可控转动连接机构2将并联或串联的芯片卫星伸出，如图5中c和d所示。

步骤s3，与芯片卫星散布器1连接的可控转动连接机构的可控转动机构开始转动并且调整芯片卫星散布器的相对姿态，两个芯片卫星之间的可控转动连接机构的可控转动机构开始转动并且调整与其连接的芯片卫星的相对姿态；其中可控转动机构可以为柔性弹片结构或弹性铰链结构。

在该步骤中，各个可控转动机构4按照预设的工作时序和转动量进行转动：

对于芯片卫星群中使用弹性铰链结构的可控转动连接机构将其展开为预设的角度，然后将其连接的两个芯片卫星及其之间的相对姿态调整到预设姿态，然后该可控转动连接结构停止转动，保持两个芯片卫星的相对姿态稳定不变，从而实现相邻两芯片星的相对展开和稳定。

对于芯片卫星群中使用柔性弹片结构的可控转动连接机构，能够通过对芯片卫星群的整体结构的改变对其整体模态造成影响，并且作为一种内力矩，基于角动量守恒定律，在芯片卫星群整体的姿态调整过程中发挥作用，满足各个芯片卫星散布后初始姿态的需求以及稳定性的实现。

步骤s4，卫星散布器展开，完成散布。

本发明的芯片卫星群在散布的过程中，可控转动连接机构2工作期间，芯片卫星散布器上配置的姿态调整系统保持工作状态并在可控转动连接机构2停止工作后持续工作，一方面持续消除展开过程中芯片卫星姿态调整与整体结构变化对芯片卫星散布器主体姿态造成的影响，另一方面，基于各个芯片卫星相对芯片卫星散布器的相对姿态和芯片卫星散布器主体的绝对姿态可确定各个芯片卫星在所需工作空间中的姿态，通过对芯片卫星散布器的绝对姿态进行调整，以满足各芯片卫星散布后初始姿态的需要。

最后，确定各芯片卫星姿态达到所需姿态并能保持姿态稳定后，激发打开夹持各芯片卫星的可张合钳口，完成对芯片卫星的释放。