随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星平台领域，具体涉及一种针对具有超精超稳要求的航天器而设计 的随动跟踪型动静隔离式卫星平台及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 大型航天器轻质结构柔性大，低频模态密集问题日趋明显，极大约束了控制系统 的带宽设计；飞轮、陀螺、驱动机构等活动部件诱发的周期性动态干扰，则是引起载荷振动 的主要原因。随着航天器性能要求的提高，轻质结构大柔性和活动部件振动干扰引起的姿 态控制和颤振抑制问题越来越突出，已经成为后续先进航天器发展的主要制约因素。
[0003]目前，针对卫星挠性附件抖动和活动部件振动干扰主要有被动和主动两种控制手 段。被动隔振系统结构简单，稳定可靠，且不需额外提供能源及测量装置，但低频抑制效果 差；主动隔振系统理论上有更好的性能，但控制系统复杂，稳定性差，且具有水床效应。同 时，基于音圈电机技术，国外发展了非接触式无扰隔振平台，可解决平台振动干扰问题，但 带来了航天器姿态控制系统的复杂性，实际应用困难。目前，不论是传统的主动被动隔振手 段，还是新近的非接触无扰隔振方法，都是基于平台主动控制有效载荷的思想，前者隔振效 果有限，后者结构、控制复杂。为了避开繁琐众多的各类平台振动干扰问题，从方法上系统 解决卫星平台超精超稳问题，本发明提供了一种随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台及其 制作方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星平台及其制作方法，该卫 星平台及其制作方法是基于提出的平台随动跟踪有效载荷的全新思想，以有效载荷为中 心，对其进行超精超稳控制，而平台采用粗控模式随动跟踪有效载荷，同时以磁浮实现动静 隔离为手段，实现有效载荷对平台振动和干扰响应的完全隔离，可以应用于甚高精度遥感 卫星、深空探测天文望远镜等携带高分辨率敏感有效载荷类航天器，将极大地提高航天器 探测性能。
[0005] 根据本发明提供的一种随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台，包括：载荷舱、服务 舱和悬浮装置；
[0006] 悬浮装置以非接触形式连接载荷舱和服务舱；悬浮装置检测载荷舱与服务舱的相 对位姿信息并传输给服务舱，服务舱根据相对位姿信息抵抗环境干扰并跟踪载荷舱，使载 荷舱与服务舱两舱之间达到期望的相对位姿；
[0007] 悬浮装置包括：销-孔式导向限位结构、悬浮机构、锁紧机构、上法兰板、下法兰 板；
[0008] 销-孔式导向限位结构包括：用于限制载荷舱和服务舱相对位置关系的锥形导向 销和弹性的限位孔支撑，锥形导向销与上法兰板固连，限位孔支撑与下法兰板固连，限位孔 支撑采用弹性阻尼材料，以保证锥形导向销和限位孔支撑的软接触和弹性压紧；
[0009] 悬浮机构包括：柱杆、套筒、位置传感器、电磁单元、阈值判断单元，间隙配合的柱 杆、套筒分别与上法兰板、下法兰板固连，位置传感器用于实时测量柱杆和套筒之间的相对 位置关系，防止柱杆和套筒之间碰撞；
[0010] 阈值判断单元用于在判断到柱杆和套筒之间的间隙超出规定的范围时，触发电磁 单元产生电磁斥力或引力，促使柱杆和套筒间隙恢复至规定的范围内；
[0011] 锁紧机构安装连接在上法兰板与下法兰板之间，并能够通过爆炸螺栓解锁；
[0012] 悬浮装置通过上法兰板、下法兰板分别与载荷舱、服务舱固连。
[0013] 优选地，载荷舱包括：陀螺、星敏感器、磁悬浮飞轮、有效载荷、有效载荷控制单 元；
[0014] 有效载荷控制单元根据陀螺、星敏感器提供的有效载荷指向信息产生动作指令， 以驱动磁悬浮飞轮，使有效载荷达到预期的指向；
[0015] 服务舱包括相对姿态控制单元、外部执行机构，相对姿态控制单元用于根据悬浮 装置检测到的载荷舱与服务舱的相对位姿信息，控制外部执行机构抵抗环境干扰并跟踪载 荷舱，使载荷舱与服务舱达到期望的相对位姿。
[0016] 优选地，所述随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台至少具有如下任一种或任多种 工作模式：
[0017] -发射模式；
[0018] -超精超稳模式；
[0019] -防碰模式；
[0020] -机动模式；
[0021] 所述发射模式，是指悬浮装置的锁紧机构处于锁定状态，载荷舱和服务舱为一体 结构，由服务舱外部执行机构实施轨道机动和姿态调整，悬浮机构处于断电状态；
[0022] 所述超精超稳模式，是指悬浮装置的锁紧机构已经通过爆炸螺栓解锁，载荷舱和 服务舱为悬浮连接的两体结构，悬浮机构处于断电状态，且其柱杆和套筒之间的间隙在规 定的范围内；此时，载荷舱通过磁悬浮飞轮实现有效载荷的指向，服务舱通过外部执行机构 抵抗环境干扰并跟踪载荷舱，使两舱达到期望的相对位姿，且相对位姿变化不会产生电磁 力，服务舱振动和干扰不会传输至载荷舱；
[0023] 所述防碰模式，是指当阈值判断单元判断出悬浮机构的柱杆和套筒之间的间隙超 出规定阈值判断单元所允许的范围时，电磁单元自动通电以产生电磁斥力或引力，防止柱 杆和套筒相撞，电磁单元并和服务舱外部执行机构共同作用，促使柱杆和套筒间隙恢复至 规定的范围内；此外，若悬浮机构自身电磁力和服务舱外部执行机构共同作用仍不能阻止 柱杆和套筒的碰撞趋势时，悬浮装置的销-孔式导向限位结构会先行软接触，以防止悬浮 机构发生硬碰撞损坏；
[0024] 所述机动模式，是指卫星需要实施快速轨道或姿态机动时，电磁单元产生电磁引 力，使柱杆和套筒不断接近，直至销-孔式导向限位结构的导向销进入限位孔并处于轴向 软接触状态，并且导向销进一步压紧弹性限位孔支撑，直至达到规定的压紧力，实现载荷舱 和服务舱的电磁锁紧，卫星由两体结构变为一体结构，以便于实施快速轨道或姿态机动操 作。
[0025] 根据本发明提供的一种随动跟踪型动静隔离式双超卫星平台的制作方法，其包括 步骤：制作悬浮装置，使悬浮装置以非接触形式连接载荷舱和服务舱；
[0026] 悬浮装置检测载荷舱与服务舱的相对位姿信息并传输给服务舱，服务舱根据相对 位姿信息抵抗环境干扰并跟踪载荷舱，使载荷舱与服务舱两舱之间达到期望的相对位姿；
[0027] 悬浮装置包括：销-孔式导向限位结构、悬浮机构、锁紧机构、上法兰板、下法兰 板；
[0028] 销-孔式导向限位结构包括：用于限制载荷舱和服务舱相对位置关系的锥形导向 销和弹性的限位孔支撑，锥形导向销与上法兰板固连，限位孔支撑与下法兰板固连，限位孔 支撑采用弹性阻尼材料，以保证锥形导向销和限位孔支撑的软接触和弹性压紧；
[0029] 悬浮机构包括：柱杆、套筒、位置传感器、电磁单元、阈值判断单元，间隙配合的柱 杆、套筒分别与上法兰板、下法兰板固连，位置传感器用于实时测量柱杆和套筒之间的相对 位置关系，防止柱杆和套筒之间碰撞；
[0030] 阈值判断单元用于在判断到柱杆和套筒之间的间隙超出规定的范围时，触发电磁 单元产生电磁斥力或引力，促使柱杆和套筒间隙恢复至规定的范围内；
[0031] 锁紧机构安装连接在上法兰板与下法兰板之间，并能够通过爆炸螺栓解锁；
[0032] 悬浮装置通过上法兰板、下法兰板分别与载荷舱、服务舱固连。
[0033] 优选地，载荷舱包括：陀螺、星敏感器、磁悬浮飞轮、有效载荷、有效载荷控制单 元；
[0034] 有效载荷控制单元根据陀螺、星敏感器提供的有效载荷指向信息产生动作指令， 以驱动磁悬浮飞轮，使有效载荷达到预期的指向；
[0035] 服务舱包括相对姿态控制单元、外部执行机构，相对姿态控制单元用于根据悬浮 装置检测到的载荷舱与服务舱的相对位姿信息，控制外部执行机构抵抗环境干扰并跟踪载 荷舱，使载荷舱与服务舱达到期望的相对位姿。
[0036] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0037] 1)该卫星平台采用平台随动跟踪有效载荷的全新思想，以有效载荷为中心，对其 进行超精超稳控制，而平台采用随动跟踪有效载荷的粗控模式；
[0038] 2)该卫星平台以动静隔离为手段，将卫星划分为载荷舱和服务舱两