一种用于一箭多星并联发射的板架式卫星结构及装配方法与流程

本发明涉及一种用于一箭多星并联发射的板架式卫星结构及装配方法，属于航天总体技术领域。

背景技术：

随着卫星应用需求的拓展，结构简单、研制成本低、制造周期短、可一箭多星发射的中小型卫星需求逐年增加，正逐步进入通信、遥感、科学和深空探测等主流应用领域。

我国现有的一吨量级卫星的多星发射，均是运载制作专用的分层整流罩，通过位于卫星底部的连接法兰与运载支架相连，按从上到下的顺序，依次抛开整流罩、星箭分离实现一箭多星发射。这种多星发射方式，运载整流罩会占据较大的重量和空间资源，卫星的重量、大小和数量均受到局限。

若采用常规整流罩，实现一箭多星发射，卫星有两种组合方式，具体如下：

一种是卫星自串联，卫星通过自身结构上下连接，发射时卫星根部与运载火箭支架之间的轴向作用力及弯矩极大，随着上星重量的增加，下星根部结构通常需要进行相应的加强设计。星箭分离时，卫星承受轴向推力，分离方向与卫星在轨道上运行的方向基本一致。但由于此种发射方式双星或多星质心较高，因此卫星结构根部的剪切力与弯矩要远大于常规卫星的设计，为提高结构强度，往往需要付出额外的重量代价；再者由于卫星自串联，串联部位空间受到很大局限，相连两星星外连接面基本无法安装舱外设备。

另一种方法是并联排列，卫星通过底面或侧壁与运载或卫星分配器相连。前者纵向受力简单，但由于运载横向载荷作用，且横向载荷较大，卫星高度方向尺度受限、整流罩上部分空间利用率低；后者发射时连接点各向剪切力较大，星箭分离方向与卫星运行方向垂直。此种发射方式多星的质心与单星发射质心高度基本相当，对卫星结构承载要求较低，星外空间利用率高，但现有卫星结构构型以及与运载的连接结构均不再适用于此种承载方式。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种用于一箭多星并联发射的板架式卫星结构及装配方法，解决了大卫星尺寸且重量大于1吨量级情况下实现一箭多星发射的问题。

本发明的技术方案是：

一种用于一箭多星并联发射的板架式卫星结构，包括：卫星主结构和分离结构组件；

所述卫星主结构的内部用于固定卫星载荷设备和卫星平台设备，所述卫星主结构的外壁用于固定卫星天线和太阳翼；所述分离结构组件用于加固所述卫星主结构并将所述卫星主结构固定在卫星分配器的外侧，所述n个卫星主结构在卫星分配器的外侧周向均布，所述n为正整数；所述n个卫星主结构所形成的组合结构包络在整流罩内部。

所述卫星主结构包括：外舱板、承力隔板和结构角条；

所述多个外舱板拼接成密闭且中空的立柱式结构，所述立柱式结构的截面为等腰梯形；在所述立柱式结构的长度方向上并排放置有p个承力隔板；所述p为正整数；所述承力隔板与两相邻外舱板的拼接点通过分离结构组件固定连接，同时，所述拼接点通过所述分离结构组件固定在卫星分配器的外侧；所述承力隔板与外舱板之间通过孔套和预埋件固定连接，所述两相邻外舱板之间的拼接边均通过结构角条固定连接。

所述分离结构组件包括：两个内角盒、一个外角盒、两个纵向埋件、一个横向埋件；

所述两个纵向埋件分别预埋在两相邻外舱板中，所述横向埋件预埋在与上述两相邻外舱板固定连接的承力隔板中；

所述两个内角盒分别从承力隔板的两面固定连接承力隔板中预埋的横向埋件和外舱板中预埋的纵向埋件；所述外角盒固定连接外舱板中预埋的纵向埋件和卫星分配器。

位于所述等腰梯形上底的外舱板作为背地板，位于所述等腰梯形两腰的外舱板分别作为南板和北板；所述背地板和南板的连接部分，以及背地板和北板的连接部分均安装固定有p个分离结构组件；所述2p个分离结构组件两个一排排列为p排，所述同一排的两个分离结构组件固定连接在同一块承力隔板上；所述南板和北板上固定有太阳翼。

所述内角盒由平板和弯折板拼接而成，所述弯折板为由平板弯折一定角度的板件，所述弯折的一定角度与该内角盒对应安装的两相邻外舱板之间的夹角配合，所述弯折板的法线平行于所述平板；所述内角盒的平板固定连接承力隔板中预埋的横向埋件，所述内角盒的弯折板固定连接外舱板中预埋的纵向埋件，所述横向埋件的两侧分别安装固定有内角盒。

所述卫星主结构还包括用于固定卫星平台设备中卫星贮箱的装配隔板，所述装配隔板放置在两相邻承力隔板之间，所述装配隔板与外舱板之间通过结构角条、孔套和预埋件固定连接。

所述结构角条由两个长条板拼接而成，所述两个长条板之间存在夹角，所述两个长条板均开有q个通孔，所述结构角条上的2q个通孔两两一排沿所述结构角条的长度方向均布为q排，所述q为正整数；外舱板、承力隔板和装配隔板的对应安装位置设置有多个预埋件。

还包括吊点埋件，所述南板和位于所述立柱式结构端面位置的外舱板之间设置有多个吊点埋件，所述北板和位于所述立柱式结构端面位置的外舱板之间设置有多个吊点埋件。

所述外舱板由两个铝面板以及夹在两个铝面板之间的铝蜂窝芯子夹层组成。

一种装配如上所述的板架式卫星结构的装配方法，所述承力隔板包括上隔板和下隔板，所述装配隔板为位于上隔板和下隔板之间的中隔板，位于等腰梯形下底的外舱板作为对地板，位于立柱式结构上下两端面的外舱板分别作为东板和西板，装配方法包括步骤如下：

1)将卫星平台设备中的卫星贮箱固定在中隔板上；

2)将所述中隔板通过结构角条与背地板固定连接；

3)将上隔板、下隔板分别通过孔套和预埋件与背地板固定连接相连；

4)将南板和背地板之间、南板与上隔板、中隔板、下隔板之间、北板和背地板之间、北板与上隔板、中隔板、下隔板之间分别通过结构角条固定连接；

5)将上隔板、背地板、南板之间的连接点，以及上隔板、背地板、北板之间的连接点分别通过分离结构组件固定连接；将下隔板和背地板、北板之间的连接点，以及下隔板、背地板、北板之间的连接点分别通过分离结构组件固定连接；

6)将东板与背地板、南板、北板之间，西板与背地板、南板、北板之间分别通过结构角条固定连接；

7)将卫星天线和卫星载荷设备固定在对地板上；

8)将对地板与南板、北板、东板、西板之间分别通过结构角条固定连接，将对地板与上隔板、中隔板、下隔板之间通过孔套和预埋件固定连接；

9)将太阳翼分别固定在南板、北板上；

10)重复步骤1)～9)装配n个卫星主结构，将所述n个卫星主结构分别通过分离结构组件固定在卫星分配器的外侧，完成卫星主结构的装配工作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明结构充分利用运载火箭提供的包络空间，在实现多个卫星并联的同时能够使用传统的圆筒形整流罩，工程适用性好；

2)本发明将卫星结构设计为多个周向均布的排布形式，降低卫星的质心高度，避免了多个卫星串联结构形式在发射时结构刚度与强度要求高的情况，本发明不受轴向高度约束，且具有更好的轴向刚度；

3)本发明结构通过分离结构组件实现外舱板和承力隔板之间、外舱板和外舱板之间、外舱板和卫星分配器的固定连接，降低卫星质心高度的同时增强结构力学刚度与强度，能够实现承载1吨卫星载荷的需求。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明分离结构组件安装位置示意图；

图3为本发明卫星主结构实施例示意图；

图4为本发明分离结构组件装配示意图；

图5为本发明背地板与南板之间、背地板与北板之间通过第一角条连接关系示意图；

图6为本发明南板与装配隔板之间、北板与装配隔板之间、南板与东板之间、南板与西板之间、北板与东板之间、北板与西板之间通过直角条连接关系示意图；

图7为本发明对地板与南板之间、对地板与北板之间通过第三角条连接关系示意图；

图8为本发明对地板与承力隔板之间、对地板与装配隔板之间连接关系示意图；

图9为本发明背地板与承力隔板之间、背地板与装配隔板之间定位连接关系示意图；

图10为本发明南板与装配隔板之间、北板与装配隔板之间、南板与东板之间、南板与西板之间、北板与东板之间、北板与西板之间通过第四角条连接关系示意图。

具体实施方式

本发明的目的是在充分利用整流罩柱段空间的前提下，设计一种卫星结构，采用卫星通过侧壁上的连接点与运载火箭支架相连的结构形式，实现并联的一箭双星或多星发射任务，本发明结构在火箭发射以及卫星与运载火箭分离过程中，可同时承受剪切与轴向力。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

如图1所述，一种用于一箭多星并联发射的板架式卫星结构包括：卫星主结构和分离结构组件；

所述卫星主结构内部用于固定卫星载荷设备和卫星平台设备，所述卫星主结构的外壁用于固定卫星天线和太阳翼；所述分离结构组件用于加固所述卫星主结构并将所述卫星主结构固定在卫星分配器的外侧，所述n个卫星主结构在卫星分配器的外侧周向均布，所述n为正整数；所述n个卫星主结构所形成的组合结构被整流罩的柱段部分包络，即多星最大外包络形成的周向圆均在整流罩的净包络之内。每个卫星结构即为一颗卫星，整流罩套在n个卫星结构及卫星分配器形成的组合结构的外侧，采用本发明结构能够在卫星分配器外侧固定连接2～5个卫星结构，并可同时适用于多种运载及多种整流罩。

所述卫星主结构包括：结构板和结构角条13；

结构板包括：外舱板、承力隔板和装配隔板；

所述多个外舱板拼接成密闭且中空的立柱式结构，所述立柱式结构的截面为等腰梯形；在所述立柱式结构的长度方向上并排放置有p个承力隔板；所述p为正整数；所述承力隔板与两相邻外舱板的拼接点通过分离结构组件固定连接，同时，所述拼接点通过所述分离结构组件固定在卫星分配器的外侧；所述承力隔板与外舱板之间通过孔套和预埋件固定连接，所述两相邻外舱板之间的拼接边均通过结构角条13固定连接。

装配隔板用于固定卫星平台设备中卫星贮箱的，所述装配隔板放置在两相邻承力隔板之间，所述装配隔板与外舱板之间通过结构角条13、孔套和预埋件固定连接。

如图3所示，本发明实施例中承力隔板包括：上隔板7、下隔板9；装配隔板为位于上隔板7和下隔板9之间的中隔板8；中隔板8用于固定连接卫星贮箱及贮箱管阀件，上隔板7、下隔板9用于加强结构板之间连接的强度与整星结构的刚度，以及为卫星与卫星分配器之间的分离点提供强度支撑，通过分离结构组件固定连接。

外舱板由两个铝面板以及夹在两个铝面板之间的铝蜂窝芯子夹层组成，考虑使用已产品化的正交预埋热管，本发明实施例中铝蜂窝芯子夹层的厚度为25mm；考虑卫星散热需求、结构刚度、强度、稳定性与轻量化设计，上下铝面板的厚为0.3mm，舱板总厚为25.6mm。

本发明实施例中，具体的舱板包括：对地板1、背地板2、南板3、北板4、东板5和西板6；所述等腰梯形下底所在舱板作为对地板1，等腰梯形上底所在舱板作为背地板2，所述等腰梯形两腰所在舱板分别作为南板3、北板4；所述立柱式结构上下端面所在舱板分别作为东板5和西板6。

对地板1用于固定卫星载荷设备、载荷天线和测控天线，南板3和北板4的外壁通过太阳翼驱动机构固定太阳翼，东板5和西板6用于固定卫星敏感器和卫星推进系统；可选用的，东板5和西板6的外壁可以用于固定载荷天线和测控天线，南板3和北板4朝向卫星主结构内侧的一面可以用于固定卫星载荷设备，卫星平台设备根据卫星主结构内侧的空间以及实际产品要求布置在卫星主结构的各结构板上。各外舱板的外壁均外贴有用于卫星散热的光学太阳反射镜。

背地板2和南板3的连接部分，以及背地板2和北板4的连接部分均安装固定有p个分离结构组件；所述2p个分离结构组件两个一排排列为p排，所述同一排的两个分离结构组件固定连接在同一块承力隔板上。

如图4所示，分离结构组件包括：两个内角盒11、一个外角盒12、两个纵向埋件14、一个横向埋件15；纵向埋件14和所述横向埋件15均为带有钢丝螺套的板件，为减轻结构重量，板件内部均作了轻量化处理，为更均匀的传递分离点处的力，所述两个纵向埋件14分别预埋在两相邻外舱板中，所述横向埋件15预埋在与上述两相邻外舱板固定连接的承力隔板中；

所述两个内角盒11分别从承力隔板的两面固定连接承力隔板中预埋的横向埋件15和外舱板中预埋的纵向埋件14；所述外角盒12固定连接外舱板中预埋的纵向埋件14和卫星分配器。

内角盒11由平板和弯折板拼接而成，所述弯折板为由平板弯折一定角度的板件，所述弯折的一定角度与该内角盒11对应安装的两相邻外舱板之间的夹角配合，所述弯折板的法线平行于所述平板；所述内角盒11的平板固定连接承力隔板中预埋的横向埋件15，所述内角盒11的弯折板固定连接外舱板中预埋的纵向埋件14，所述横向埋件15的两侧分别安装固定有内角盒11。

结构角条13由两个长条板拼接而成，所述两个长条板之间形成一定夹角，所述的两个长条板分别固定连接两相邻舱板，所述长条板的拼接线与两相邻舱板的拼接线重合。

所述结构角条13的两个平面均开有q个通孔，所述结构角条13上的2q个通孔两两一排沿所述结构角条13的长度方向均布为q排，所述外舱板、承力隔板和装配隔板与结构角条13固定连接的对应位置设置有多个预埋件，所述q为正整数。

所述南板3和位于所述立柱式结构端面位置的外舱板之间设置有多个吊点埋件10，所述北板4和位于所述立柱式结构端面位置的外舱板之间设置有多个吊点埋件10。

本发明实施例中的结构角条13包括：第一角条131、直角条132、第二角条133、第四角条134。其中，背地板2和南板3之间，以及背地板2和北板4之间通过第一角条131连接，具体连接形式如图5所示；南板3与装配隔板之间、北板4与装配隔板之间、南板3与东板5之间、南板3与西板6之间、北板4与东板5之间、北板4与西板6之间均通过直角条132连接，具体连接形式如图6所示；对地板1与南板3、北板4之间通过第三角条133，具体连接形式如图7所示；对地板1与上隔板7、中隔板8、下隔板9之间采用孔套结合侧向埋件的形式直接连接，具体连接形式如图8所示；背地板2与上隔板7、中隔板8、下隔板9之间采用孔套结合侧向埋件的形式直接连接，具体连接形式如图9所示；南板3与装配隔板之间、北板4与装配隔板之间、南板3与东板5之间、南板3与西板6之间、北板4与东板5之间、北板4与西板6之间均通过第四角条134连接，具体连接形式如图10所示。

本发明一实施例如图3所示，对地板1、背地板2、南板3、北板4、东板5、西板6组成封闭梯形箱体；上隔板7、中隔板8、下隔板9与东板5平行放置在封闭梯形箱体内。在南板3、北板4、东板5、西板6两两之间的连接处，设置8个吊点埋件10；在背地板2、南板3、北板4的分离点处分别预埋8个纵向埋件14；在上隔板7、下隔板9内的分离点处分别预埋4个横向埋件15。如图2所示，分别在上隔板7与背地板2、南板3、北板4交界位置处，以及下隔板9与背地板2、南板3、北板4交界位置处分别通过8个内角盒11固定连接；在背地板2、南板3、北板4的外表面分别通过4个外角盒12连接卫星分配器。

一种装配如上所述的板架式卫星结构的装配方法，包括步骤如下：

1)将卫星平台设备中的卫星贮箱固定在中隔板8上；

2)将所述中隔板8通过结构角条13与背地板2固定连接；

3)将上隔板7、下隔板9分别通过孔套和预埋件与背地板2固定连接相连；

4)将南板3和背地板2之间、南板3与上隔板7、中隔板8、下隔板9之间、北板4和背地板2之间、北板4与上隔板7、中隔板8、下隔板9之间分别通过结构角条13固定连接；

5)将上隔板7、背地板2、南板3之间的连接点，以及上隔板7、背地板2、北板4之间的连接点分别通过分离结构组件固定连接；将下隔板9和背地板2、北板4之间的连接点，以及下隔板9、背地板2、北板4之间的连接点分别通过分离结构组件固定连接；

6)将东板5与背地板2、南板3、北板4之间，西板6与背地板2、南板3、北板4之间分别通过结构角条13固定连接；

7)将卫星天线和卫星载荷设备固定在对地板1上；

8)将对地板1与南板3、北板4、东板5、西板6之间分别通过结构角条13固定连接，将对地板1与上隔板7、中隔板8、下隔板9之间通过孔套和预埋件固定连接；

9)将太阳翼分别固定在南板3、北板4上；

10)重复步骤1)～9)装配n个卫星主结构，将所述n个卫星主结构分别通过分离结构组件固定在卫星分配器的外侧，完成卫星主结构的装配工作。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。