一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱的制作方法

1.本实用新型属于包装技术领域，尤其涉及一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱。


背景技术：

2.航天器包装箱是航天器重要的地面工装。传统航天器包装箱具有减振、气密、防尘、防雨、温度控制、压力控制、移动行走等功能，主体结构采用5a06铝合金焊接而成，价格昂贵；中间采用聚氨酯发泡，有一定污染；环境监控系统为定制开发，研发周期长；包装箱一般为整体型上下开合结构，开合箱工作需要移动式吊车或天车辅助，操作条件要求高。其总体结构示意图如图2所示，图中包括：传统包装箱箱罩1；传统包装箱箱底2；传统包装箱环境监控系统3。
3.随着小卫星技术的快速发展，卫星尺寸、重量和成本大大下降，需要更廉价的包装箱设计；其次，小卫星的发射模式多为搭载发射，发射时机容易变化，对长期安全存储提出了新需求；此外，小卫星更适合用于航天科普教育，对存放空间要求大大下降，普通实验室和房间即可存放，如果小卫星在长期存储的过程中，能够兼顾科普教育教学和参观需求，提高展示度，可以发挥更大的社会价值。
4.发明人发现，传统航天器包装箱因其技术复杂、价格昂贵、操作难度大，已难以满足小卫星对低成本、便携式、长期安全存储包装箱的需求，更无法满足小卫星展示需求。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本实用新型提出了一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱，该包装箱重新设计了包装箱本体，为了更好的展示，调整了环境监控系统的位置，基于位置的改变，调整了对应的硬件，并增加了接口装置，使长期存储的航天器得到外部维护和测试，为航天器提供了一个可同时满足存储、外部测试、环境控制、展示四种需求的包装箱。
6.为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现：
7.本实用新型提供一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱，包括包装箱本体和环境监控系统，所述环境监控系统用于实时采集并调整包装箱本体内环境状态信息，使环境状态信息满足航天器的存储条件，其特征在于，所述包装箱本体由透明展示区和用于固定航天器底部的底座组成，透明展示区用于展示航天器，整体为密封设计并安装在底座的顶部；
8.所述环境监控系统安装在包装箱本体的底座内部，避开底座内用于固定航天器底部的承重部分的剩余位置中；
9.还包括接口装置，所述接口装置安装在包装箱本体的底座内部，为对内对外双向接插件；对内接插件连接航天器和/或环境监控系统的接口部分；对外接插件设置密封盖，通过打开对外接插件的密封盖连接外部设备，用于实现密封在包装箱本体内部的航天器
和/或环境监控系统与外部设备之间的能量和信息传输。
10.进一步的，将航天器的底部固定在包装箱本体的底座上之后，处理包装箱本体内部的洁净度，再将透明展示区与底座密封。
11.其中，所述透明展示区采用双层中空玻璃制成，为一体成型设计或者由拼接面密封拼接组成；
12.所述底座内用于固定航天器底部的承重部分基于航天器底座形状进行设计，可通过加装固定装置对航天器进行加固。
13.进一步的，所述环境监控系统由供配电单元、数据采集单元、环境处理控制单元、数据显示单元和调整单元组成；
14.数据采集单元和供配电单元的输出端分别与环境处理控制单元的输入端连接，用于将采集到的包装箱本体的环境状态信息发送至环境处理控制单元中；
15.环境处理控制单元的输出端分别与数据显示单元和调整单元的输入端连接，用于判读接收到的环境状态信息是否符合预存储的航天器存储条件，若不符合，环境处理控制单元控制调整单元的通断对环境状态信息进行调整，满足航天器的存储条件；若符合，则无动作，并将环境状态信息转换为数据显示单元显示的信号发送至数据显示单元进行显示。
16.其中，所述调整单元与数据采集单元依据底座尺寸进行预设距离布置，所述调整单元包括温度控制单元、湿度控制单元或气体浓度控制单元中的一种或多种组合。
17.其中，所述温度控制单元为加热器件，所述加热器件优选为加热片；
18.当数据采集单元采集的包装箱本体内的温度低于预设温度时，环境处理控制单元控制加热器件工作；当数据采集单元采集的包装箱本体内的温度不低于预设温度时，环境处理控制单元控制加热器件断开。
19.其中，所述湿度控制单元为吸湿材料，所述吸湿材料放置在底座中的存放盒中，当数据采集单元采集的包装箱本体内的湿度高于预设湿度时，环境处理控制单元控制存放盒的电机转动打开盒盖，当数据采集单元采集的包装箱本体内的湿度低于预设湿度时，环境处理控制单元控制存放盒的电机转动关闭盒盖；可通过设置在底座外的密封存放盒盖更换吸湿材料；
20.所述吸湿材料包括氧化钙干燥剂、硅胶干燥剂、蒙脱石干燥剂、氯化钙干燥剂或纤维干燥剂中的一种或多种组合。
21.其中，所述气体浓度控制单元为通过高压电磁阀连接的充气装置，当数据采集单元采集的包装箱本体内的气体浓度低于预设浓度时，环境处理控制单元控制高压电磁阀打开充气装置进行充气；当数据采集单元采集的包装箱本体内的气体浓度不低于预设气体浓度时，环境处理控制单元控制高压电磁阀关闭；
22.当充气装置安装在底座外部时，可通过更换充气装置或者给充气装置充气进行气体补充；当充气装置安装在底座内部时，可通过外部连接的高压电磁阀给充气装置充气进行气体补充。
23.进一步的，还包括减振单元，所述减振单元放置在航天器底座和包装箱底座之间，用于减轻航天器在运输过程中的振动，所述减振单元为多孔材料，所述多孔材料包括海绵和/或乳胶。
24.其中，所述数据采集单元为传感器；所述传感器采集的环境状态信息包括洁净度、
温度、湿度、气体浓度、振动或压力中的一种或多种组合；
25.所述环境处理控制单元包括stm32开发板、aduino开发板或fpga开发板；
26.所述供配电单元采用电池供电或通过接口装置外接电源供电。
27.本实用新型的设计思路如下：
28.本实用新型可同时满足存储、展示、环境控制和外部测试四种需求，以上支持设备需要一体化设计。
29.存储是基本功能，为了使卫星(航天器)在存储期时具备展示功能，采用了透明外壳，外壳的保温层可采用双层中空玻璃，避免了传统包装箱夹层有害材料的污染；
30.针对传统包装箱内壁上的环境监控系统包括了很多仪器设备，如空调、温湿度监测传感器、振动传感器、温湿度控制等影响展示效果的技术问题，本实用新型将环境监控系统安装到包装箱底部，但是底部是航天器承力主体，需要将各种仪表设备进行小型化、集成化、一体化设计，并针对小卫星特点(卫星怕湿不怕干)对环境监控系统进行了改进，如：采用电加热器件的方式加温，采用干燥剂的方式除湿，如果在夏季则靠所在室内空调温度来降温，替换了传统空调方式进行温湿度保持；为了实现氮气保护，采用补气方式保持氮气浓度。
31.针对传统包装箱不支持外部供电维护和测试，但是打开包装箱为卫星维护测试就破坏了箱内环境的技术问题，本实用新型在不破坏卫星在包装箱内的环境状态信息，还能使长期存储的卫星得到外部维护和测试，增加了供电维护和测试接口设计，为了不影响展示性，供电维护和测试接口仍要设计在包装箱底部，还要有密封性设计，防止不维护测试时包装箱内环境受扰，维护测试工作完成后，还要通过环境监控系统对箱内环境进行状态恢复。供电维护是定期给卫星蓄电池充电，测试是定期给卫星加载外部激励信号，检查其对应输出信号是否正常。因此，包装箱底部需要对环境监控系统和接口装置进行一体化设计。本实用新型的包装箱不是简单的玻璃罩和传统包装箱功能的叠加，而是从小卫星存储、测试、环境监控和展示四种需求出发，进行的一体化设计。
32.本实用新型的有益效果是：
33.本实用新型通过透明展示区设计，达到良好的航天器展示效果；通过环境监控系统的构建，为航天器提供适宜的长期存储环境；通过接口装置的设计为航天器维护、测试提供便利。本实用新型可同时满足存储、展示、环境控制和外部测试四种需求，满足小卫星展示及长期存储功能，成本低。
附图说明
34.下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
35.图1是环境控制系统中各个单元的连接示意图。
36.图2是传统航天器包装箱；
37.图3a是透明展示区为长方体的示意图；
38.图3b是透明展示区为钟罩形示意图；
39.图4是底座侧面接口设计示意图；
40.图5是底座内部各单元设置示意图；
41.图6是透明展示区为四周展开式的示意图；
42.图7a、图7b、图7c和图7d分别是透明展示区为上下开合式的示意图；
43.图8是存放盒示意图。
44.图中包括：1传统包装箱箱罩；2传统包装箱箱底；3传统包装箱环境监控系统；4透明展示区；5底座；6数据显示单元；7第一对内接插件；8防碰锁紧装置；9第二对内接插件；10第一对外接插件；11第二对外接插件；12存放盒盖；13密封盖；14供配电单元；15环境处理控制单元；16数据采集单元；17存放盒；18加热片；19电机。
具体实施方式
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
46.实施例一
47.本实用新型实施例提供了一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱，包括包装箱本体和环境监控系统，所述环境监控系统用于实时采集并调整包装箱本体内环境状态信息，使环境状态信息满足航天器的存储条件，所述包装箱本体由透明展示区4和用于固定航天器底部的底座5组成，透明展示区4用于展示航天器，整体为密封设计并安装在底座5的顶部；可采用如图6的四周展开方式或采用图7a至图7d的上下开合方式安装在底座的顶部。
48.所述环境监控系统安装在包装箱本体的底座内部，避开底座内用于固定航天器底部的承重部分的剩余位置中；
49.还包括接口装置，所述接口装置安装在包装箱本体的底座内部，为对内对外双向接插件；对内接插件连接航天器和/或环境监控系统的接口部分；对外接插件设置密封盖，通过打开对外接插件的密封盖13连接外部设备，用于实现密封在包装箱本体内部的航天器和/或环境监控系统与外部设备之间的能量和信息传输。
50.将航天器的底部固定在包装箱本体的底座上之后，处理包装箱本体内部的洁净度，再将透明展示区与底座密封。封后包装箱即可进行洁净度保持。
51.其中，所述透明展示区采用双层中空玻璃制成，为一体成型设计或者由拼接面密封拼接组成；也可根据用户的实际需求选用不同的透明材质(如玻璃或亚克力板)，设计为不同的形状(如图3a的长方体或图3b的半圆形钟罩)。
52.所述底座内用于固定航天器底部的承重部分基于航天器底座形状进行设计，可通过加装固定装置对航天器进行加固。固定装置根据用户需要可安装航天器防碰撞锁紧装置8、移动脚轮、固定支撑架等。航天器防碰撞锁紧装置8包括h形或“井”字形的航天器固定装置，可依航天器底座设计。
53.其中，所述环境监控系统由供配电单元14、数据采集单元16、环境处理控制单元15、数据显示单元6和调整单元组成；
54.数据采集单元和供配电单元的输出端分别与环境处理控制单元的输入端连接，用于将采集到的包装箱本体的环境状态信息发送至环境处理控制单元中；
55.环境状态信息包括洁净度、温度、湿度、气体(如氮气)浓度、振动或压力中的一种
或多种组合，数据采集单元可采用市购的各类传感器，如普瑞思高pg
‑
03尘埃粒子传感器、ds18b20温度传感器、dht11湿度传感器、fkt
‑
mk
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n2氮气浓度检测探头或hj
‑
9002一体化振动变送器中的一种或多种组合。
56.环境处理控制单元的输出端分别与数据显示单元和调整单元的输入端连接，用于判读接收到的环境状态信息是否符合预存储的航天器存储条件，若不符合，环境处理控制单元控制调整单元的通断对环境状态信息进行调整，满足航天器的存储条件；若符合，则无动作，并将环境状态信息转换为数据显示单元显示的信号发送至数据显示单元进行显示。如ad变换(模拟量
‑
数字量变换)、dd变换(数字量
‑
数字量变换)等。数据显示单元包括指针显示单元、led数字显示单元或人机交互界面显示屏等。
57.所述环境处理控制单元包括stm32开发板、aduino开发板或fpga开发板等实现其数据处理控制功能。
58.所述供配电单元采用电池供电或通过接口装置外接电源供电。
59.进一步的，所述调整单元与数据采集单元依据底座尺寸进行预设距离布置，所述调整单元包括温度控制单元、湿度控制单元或气体浓度控制单元中的一种或多种组合。
60.其中，所述温度控制单元为加热器件，所述加热器件优选为加热片18；
61.当数据采集单元采集的包装箱本体内的温度低于预设温度时，环境处理控制单元控制加热器件工作；当数据采集单元采集的包装箱本体内的温度不低于预设温度时，环境处理控制单元控制加热器件断开。
62.如图8所示，所述湿度控制单元为吸湿材料，所述吸湿材料放置在底座中的存放盒17中，当数据采集单元采集的包装箱本体内的湿度高于预设湿度时，环境处理控制单元控制存放盒的电机19转动打开盒盖，当数据采集单元采集的包装箱本体内的湿度低于预设湿度时，环境处理控制单元控制存放盒的电机转动关闭盒盖；可通过设置在底座外的密封存放盒盖12更换吸湿材料；
63.所述吸湿材料包括氧化钙干燥剂、硅胶干燥剂、蒙脱石干燥剂、氯化钙干燥剂或纤维干燥剂中的一种或多种组合。
64.其中，所述气体浓度控制单元为通过高压电磁阀连接的充气装置，当数据采集单元采集的包装箱本体内的气体浓度低于预设浓度时，环境处理控制单元控制高压电磁阀打开充气装置进行充气；当数据采集单元采集的包装箱本体内的气体浓度不低于预设气体浓度时，环境处理控制单元控制高压电磁阀关闭；
65.当充气装置安装在底座外部时，可通过更换充气装置或者给充气装置充气进行气体补充；当充气装置安装在底座内部时，可通过外部连接的高压电磁阀给充气装置充气进行气体补充。
66.以氮气保护为例，当氮气浓度自动泄露到一定程度时，采用氮气充气装置为包装箱补充氮气，氮气浓度或气压达到一定程度后停止充气。
67.还包括减振单元，所述减振单元放置在航天器底座和包装箱底座之间，用于减轻航天器在运输过程中的振动，所述减振单元为多孔材料，所述多孔材料包括海绵和/或乳胶。
68.本实用新型的设计思路如下：
69.本实用新型可同时满足存储、展示、环境控制和外部测试四种需求，以上支持设备
需要一体化设计。
70.存储是基本功能，为了使卫星(航天器)在存储期时具备展示功能，采用了透明外壳，外壳的保温层可采用双层中空玻璃，避免了传统包装箱夹层有害材料的污染；
71.针对传统包装箱内壁上的环境监控系统包括了很多仪器设备，如空调、温湿度监测传感器、振动传感器、温湿度控制等影响展示效果的技术问题，本实用新型将环境监控系统安装到包装箱底部，但是底部是航天器承力主体，需要将各种仪表设备进行小型化、集成化、一体化设计，并针对小卫星特点(卫星怕湿不怕干)对环境监控系统进行了改进，如：采用电加热器件的方式加温，采用干燥剂的方式除湿，如果在夏季则靠所在室内空调温度来降温，替换了传统空调方式进行温湿度保持；为了实现氮气保护，采用补气方式保持氮气浓度。
72.针对传统包装箱不支持外部供电维护和测试，但是打开包装箱为卫星维护测试就破坏了箱内环境的技术问题，本实用新型在不破坏卫星在包装箱内的环境状态信息，还能使长期存储的卫星得到外部维护和测试，增加了供电维护和测试接口设计，为了不影响展示性，供电维护和测试接口仍要设计在包装箱底部，还要有密封性设计，防止不维护测试时包装箱内环境受扰，维护测试工作完成后，还要通过环境监控系统对箱内环境进行状态恢复。供电维护是定期给卫星蓄电池充电，测试是定期给卫星加载外部激励信号，检查其对应输出信号是否正常。因此，包装箱底部需要对环境监控系统和接口装置进行一体化设计。本实用新型的包装箱不是简单的玻璃罩和传统包装箱功能的叠加，而是从小卫星存储、测试、环境监控和展示四种需求出发，进行的一体化设计。
73.以下通过具体实例对本实用新型做进一步的说明。
74.本实用新型的一种具备展示及长期存储功能的航天器包装箱，主要针对航天器展示及长期存储需求。某航天器底面的受力支撑平台(航天器底部的承重部分)为“井”字形，其存储条件要求：洁净度要求是十万级洁净度，温度范围要求在15℃～25℃，湿度范围要求20％～30％，氮气保护浓度要求大于等于60％。
75.如图1，是环境监控系统中各个单元的连接示意图，数据采集单元和供配电单元的输出端分别与环境处理控制单元的输入端连接，用于将采集到的包装箱本体的环境状态信息发送至环境处理控制单元中；环境处理控制单元的输出端分别与数据显示单元和调整单元的输入端连接。数据采集单元将采集到的透明展示区部分的洁净度信息、温度信息、湿度信息和氮气浓度信息送至环境处理控制单元，经其相应的处理后，将信息送至数据显示单元进行显示，如数据显示单元显示尘埃粒子数为80000、温度为20℃、湿度为25％、氮气浓度为60％。同时，由环境处理控制单元判读其温湿度、浓度等是否符合航天器存储条件，若不符合，环境处理控制单元控制调整单元的通断对环境状态信息进行调整，满足航天器的存储条件；若符合，则无动作。
76.在本例中，选择图3a长方体形包装箱作为该航天器的储存空间。
77.如图4，该图展示了包装箱底座侧面的设计，打开底座的密封盖13，可以看到对外信息传递的第一对外接插件10、对外能量传递的第二对外接插件11和密封盖13，其余区域进行密封设计。
78.如图5，该图显示了底座内各单元的布置及连接情况，其中14是供配电单元，15是环境处理控制单元，16是数据采集单元，17是存放盒，18是加热片。
79.如图6，该图展示的是四周开合式设计的包装箱。
80.如图7a至图7d，该图分别展示的是不同形状包装箱的上下开合方式。
81.本例选择图6所示的包装箱设计，打开四周开合式设计的包装箱，包装箱内布置有普瑞思高pg
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03尘埃粒子传感器、ds18b20温度传感器、dht11湿度传感器、fkt
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mk
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n2氮气浓度检测探头。将航天器通过螺栓固定在底座5面上的防碰锁紧装置8上，通过测试电缆将航天器与对第一内接插件7连接，而后根据洁净度要求，通过风淋装置对其进行除尘处理，使其洁净度达到十万级。
82.除尘处理后，对包装箱进行合盖密封，并可进行气密试验，以检验密封效果，航天器进入长期存储状态。
83.在航天器存储过程中，可通过上述相应的传感器对透明展示区4内部的环境状况进行检测，经环境处理控制单元15相应的处理后，由数据显示单元6显示其环境的洁净度、温度、湿度和氮气浓度。同时，环境处理控制单元也会判读其温度是否符合航天器存储条件，若温度低于15℃，则温度控制单元接通加热片，使环境温度达到航天器存储要求。
84.环境处理控制单元15与第二对内接插件9连接，当fkt
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mk
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n2氮气浓度检测探头检测到氮气浓度低于60％时，可通过此接口对透明展示区进行充气，以达到航天器存储需要的氮气浓度。环境处理控制单元同时与第二对外接插件11连接，完成对应的氮气补充。
85.第一对外接插件10与地面测试系统相连，可定期、重复开展航天器存储期的快速功能检测。
86.本实用新型的有益效果是：
87.本实用新型通过透明展示区设计，达到良好的航天器展示效果；通过环境监控系统的构建，为航天器提供适宜的长期存储环境；通过接口装置的设计为航天器维护、测试提供便利。本实用新型可同时满足存储、展示、环境控制和外部测试四种需求，满足小卫星展示及长期存储功能，成本低。
88.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
89.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本实用新型，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本实用新型所必须的。
90.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。