一种面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构

本发明属于航空航天领域，具体是一种面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构。

背景技术：

近地轨道空间的环境日益复杂，包括失效卫星、空间碎片等在内的空间非合作目标数量越来越多，给现役卫星、空间站、飞船等空间资产主被动安全威胁。实现对空间非合作目标包括交会、抓捕、离轨等操作在内的在轨服务，是实现空间安全的必然趋势。而传统的依靠单一大型卫星实现对空间非合作目标的在轨服务任务代价太大、弹性不足。随着微纳卫星技术的逐渐成熟，依赖微纳卫星大规模集群效应以低费效比实现对空间非合作目标的在轨服务已经成为了未来的必经之路。

然而，微纳卫星受限于自身的燃料、载荷等因素，不具有大范围轨道机动能力，那么如何解决大规模微纳卫星的集群快速、精确且廉价的轨道部署问题就是实现集群对非合作目标在轨服务的前提。

技术实现要素：

本发明针对现有的微纳卫星集群在轨服务技术中存在的集群成员快速、准确投送部署问题，提出了一种用于集群微纳卫星仓储收纳、快速释放部署的多面体框架结构。

本发明是这样实现的：

一种面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构，所述的结构包括正十二面体框架，所述的正十二面体框架的每根棱上安装有卡钩装配；所述的正十二面体框架的十二面上均设置微纳卫星星体；本发明采用正多面体中的正十二面体的棱作为释放微纳卫星的框架。由于正十二面体任何两个相对面连线都是相互对中垂直，便于飞行姿态调整，并且框架配合安装微纳卫星固定、快速释放的结构。本发明设计的释放微纳卫星的框架结构能适应多种发射位置和方向，并能自适应调整空间姿态。

卡钩装配是一种固定、快速释放结构，安装在正十二面体框架的棱的中间位置。可以由电机或其他方式驱动卡钩驱动轴转动，通过与微纳卫星星体上的卡槽配合，用以实现微纳卫星星体的固定或释放。

所述的微纳卫星星体的顶部为正五棱椎体结构，正五棱锥体结构部分伸入正十二面体框架内部，所述的微纳卫星星体顶部外表面与正十二面体框架对准配合，且所述的微纳卫星星体通过卡钩装配进行固定或者释放；微纳卫星星体顶部有能与微纳卫星固定、配合的正五边形边棱。该微纳卫星星体以十二个为一组，进行配合发射使用。

当微纳卫星星体顶部飞入正十二面体框架时，顶部的外表面推动卡钩长直杆的部分，使得卡钩进行旋转，最后正十二面体框架上的卡钩装配的短直杆部分快速卡住微纳卫星星体，固定住微纳卫星星体；当要释放微纳卫星星体时，通过驱动机构反转，卡钩装配打开，释放微纳卫星星体。

进一步，所述的卡钩装配安装在正十二面体框架每根棱上的中间位置、或者卡钩装配安装在正十二面体框架每根棱上靠近顶点的两侧；所述的卡钩装配为1个、2个、或者多个。

进一步，所述的微纳卫星星体的结构为正五棱柱形式或者正五棱锥台形式。所述的正五棱锥台形式中锥台上大下小或者上小下大。

进一步，所述的卡钩装配包括卡钩本体，卡钩安装座，卡钩驱动轴；所述的卡钩本体通过卡钩安装座固定在正十二面体框架的每根棱上，卡钩本体包括长端以及短端，端部均为尖端，且卡钩本体的长端向着正十二面体框架内部安装。

进一步，所述的微纳卫星星体包括微纳卫星以及微纳卫星外表面设置的微纳卫星固定凹槽；所述的微纳卫星星体返回正十二面体框架时，微纳卫星星体的正五棱结构顶部前端进入到正十二面体框架内部，带动卡钩装配的卡钩本体转动，位置到位后，卡钩本体短端的尖端，正好卡进微纳卫星星体上的微纳卫星固定凹槽中，实现微纳卫星的快速固定。

进一步，所述的当微纳卫星飞向正十二面体框架时，正十二面体框架上的卡钩本体快速卡住微纳卫星上的微纳卫星固定凹槽，固定住微纳卫星；当要释放微纳卫星时，通过驱动机构，打开固定微纳卫星的卡钩本体，释放微纳卫星。

本发明与现有技术的有益效果在于：

正十二面体框架中卫星固定、释放的位置、方向的自适应调整；由于正十二面体各个面两两垂直，在微纳卫星飞行释放前的调整阶段，可以随时通过不同方向的结构进行方向调整；

利用框架上的卡钩结构，能够实现微纳卫星能快速固定、释放；

本发明设计了适应快速释放的微纳卫星星体。微纳卫星顶部有能与框架上卡钩对应的卡槽，同时，顶部边缘位置具有和对应开槽棱的正五边形，便于微纳卫星星体和正十二面体的卫星框架配合。

附图说明

图1为本发明一种面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构的整体示意图；

图2为本发明面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构中的正十二面体框架示意图；

图3为本发明实施例中单个微纳卫星固定、弹出结构示意；

图4本发明面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构中的卡钩装配示意图；

图5为本发明实施例中单个微纳卫星结构示意；

图6为本发明实施例中微纳卫星星体其他类型的结构示意；

图7为本发明实施例中多航天器快速布置的结构的原始状态示意图；

图8为本发明实施例中释放第一批微纳卫星示意图；

图9为本发明实施例中释放第二批微纳卫星示意图；

其中，1-正十二面体框架，2-卡钩装配，3-微纳卫星星体，21-卡钩本体，22-卡钩安装座，23-卡钩驱动轴，31-微纳卫星，32-微纳卫星固定凹槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明面向非合作目标在轨服务的多微纳卫星快速部署结构的整体示意图，主要包含3部分：正十二面体框架1、卡钩装配2微纳卫星星体3；所述的正十二面体框架1采用正十二面体结构作为骨架，该框架结构为能够快速释放微纳卫星、实现空间姿态自适应调整结构。由于正十二面体相对两面相互平行且两面垂线过面中心，这使得在卫星发射过程中，无论多微纳卫星快速部署结构整体处于什么方向、位置，都可以利用轴线与之对应的方向上微纳卫星星体3的推进器进行推进，而无需额外单独的调整飞行器姿态。

微纳卫星快速固定、释放的实现，主要利用安装在正十二面体框架1上的卡钩装配2，该卡钩装配2能实现微纳卫星快速固定、释放；所述的卡钩装配2包括卡钩本体21，卡钩安装座22，卡钩驱动轴23。具体如2~4所示。

卡钩装配2安装在正十二面体框架1各棱中间，每根棱上安装一个。所述的卡钩本体21通过卡钩安装座22固定在正十二面体框架1的每根棱上，卡钩本体21包括长端以及短端，端部均为尖端，且卡钩本体21的长端向着正十二面体框架1内部安装。卡钩装配2的安装位置可以改变。除了可以安装在正十二面体框架1各棱中间，还可以安装在在正十二面体框架1各棱靠近顶点的两侧。数量可以由1个改为2个，或者多个。

如图5所示，微纳卫星星体3包括微纳卫星31以及微纳卫星31外表面设置的微纳卫星固定凹槽32。适应快速释放的微纳卫星31的形状可以有多种形式，只要满足微纳卫星顶部与正十二面体框架1对准配合、微纳卫星星体与卡钩装配2固定，微纳卫星单体就符合要求，其他的结构还可以为图6所示。

通过卡钩装配2能够实现微纳卫星31的快速固定：当微纳卫星31返回正十二面体框架1时，由于微纳卫星31前端进入到正十二面体框架1内部，带动卡钩本体21转动，位置到位后，卡钩本体21短端的尖端，正好卡进微纳卫星星体对应位置的微纳卫星固定凹槽32，微纳卫星实现快速固定。

通过卡钩装配2能够实现微纳卫星31的快速释放：当微纳卫星31需要离开正十二面体框架1时，可以通过电机控制卡钩驱动轴23反向转动，打开固定微纳卫星的卡钩本体21，释放微纳卫星31。同时，配合前进方向的尾首位置的推进系统先后点火，依靠卫星飞行惯性，可以分别将后半部分微纳卫星和前半部分微纳卫星分别释放。之后，单个微纳卫星星体可以单独调整姿态，进入各自预定位置。

本发明中能快速释放的微纳卫星31星体顶部与正十二面体框架1接触位置，应为正五边形。通过微纳卫星星体3与正十二面体框架1对准配合、微纳卫星星体3与卡钩装配2固定，实现微纳卫星的快速固定、释放。

如图7~9所示，为本实施例中多微纳卫星释放过程示意图；图7为多航天器快速布置的结构的原始状态；图8为释放第一批微纳卫星示意图；图9为释放第二批微纳卫星示意图。由于这种多航天器快速布置的结构采用的是双向进动的运输方案，即在释放微纳卫星时，保留正十二面体框架1上下正五边形所收纳的微纳卫星3作为整个多航天器快速布置的结构的助推器装置，在助推装置四周的微纳卫星3正五边形收纳格存在一定的倾斜度。如图8，这种多航天器快速布置的结构在向下进动的时候，只有上方助推器四周的微纳卫星3能够通过惯性与正十二面体框架1分离。同样如图9，上方助推装置熄火，下方助推装置工作。这种多航天器快速布置的结构在向上进动的时候，只有下方助推器四周的微纳卫星3能够通过惯性与正十二面体框架1分离，从而实现了微纳卫星的高效释放的同时，保证了整个过程既不需要微纳卫星3姿态调整的时间，又能够安全地将正十二面体框架1的所有微纳卫星3的释放（微纳卫星3在随惯性运动的时候不会与正十二面体框架1或是其他微纳卫星3发生碰撞）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。