[發明專利]一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統

有效

• 申請號: 201410381714.1
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN104158431A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 范達;范春石;宋堅;賀楊
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H02N1/00
• 分類號: H02N1/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于包括：寧靜參考系統、載荷平臺、星上電極腔、電容檢測電路、數字控制系統、驅動電路以及微推進器；其中：

寧靜參考系統又包括參考質量塊、真空腔、真空腔底座、位移傳感器；寧靜參考系統通過真空腔體底座與載荷平臺固結為一個整體；參考質量塊無機械連接地懸浮在真空腔內，作為寧靜參考源運行于純地球引力軌道上；位移傳感器檢測參考質量塊在真空腔內的相對位移，并將檢測得到的信號輸出給數字控制系統；

星上電極腔固定在衛星本體上，其內壁鋪覆有十二塊電極，與載荷平臺上的電極形成電容對；

載荷平臺懸浮于星上電極腔內，用于安裝寧靜參考系統以及搭載超精密儀器；載荷平臺外表面鋪覆有十二塊電極，可被星上電極腔上的電極通過靜電力實現六自由度驅動，使其跟蹤參考質量塊運動，構成第一級無拖曳；

電容檢測電路根據電容與電極間隙的物理關系，通過檢測電容可獲取載荷平臺在星上電極腔內的相對位置，并將檢測得到的信號輸出給數字控制系統；

數字控制系統根據位移傳感器和電容檢測電路的輸出，經控制算法處理后產生靜電驅動力和微推進器的控制信號；

驅動電路將數字控制系統產生的靜電力控制信號放大，并加載到星上電極腔的電極上，形成靜電力，驅動載荷平臺跟蹤參考質量塊，維持參考質量塊在真空腔中的相對位置不變，實現載荷平臺的第一級無拖曳控制；

微推進器可對衛星本體實現六自由度驅動，根據數字控制系統的微推進器控制信號產生微推力，驅動衛星本體及星上電極腔跟蹤載荷平臺，實現衛星本體的第二級無拖曳。

2.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于：所述寧靜參考系統中的參考質量塊自由懸浮于真空腔，其位移檢測采用無接觸式位移傳感器，確保參考質量塊只受地球引力支配，運行于純引力軌道上，從而可作為整個系統的寧靜參考源。

3.如權利要求2所述的一種靜電懸浮式天基超靜衛星平臺系統，其特征在于：所述參考質量塊懸浮在真空腔內，間隙約10um～1mm。

4.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜衛星平臺系統，其特征在于：所述參考質量塊為導電材料制成，為立方體，尺寸為4cm×4cm×1cm或4cm×4cm×4cm。

5.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于：所述載荷平臺受外力擾動時，由星上電極腔發生高帶寬、精確可控的靜電力補償擾動力，使載荷平臺跟蹤參考質量塊，保持二者的相對位置，實現第一級無拖曳主動減振，抑制高低頻段上的微振動，實現載荷平臺的超靜。

6.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于：所述衛星本體受外力擾動時，由微推進器發生微推力補償擾動力，使衛星本體跟蹤載荷平臺，保持二者的相對位置，實現第二級無拖曳，利用二者間的極低靜電負剛度實現被動隔振，極大衰減衛星本體對載荷平臺的振動耦合，實現載荷平臺的超靜。

7.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于：所述載荷平臺的表面電極通過電氣連接成為一等勢體，與星上電極腔形成差分電容。

8.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜平臺系統，其特征在于：所述星上電極腔與載荷平臺間構成的電容可復用于載荷平臺的位置檢測和驅動：通過差動電容檢測可得到載荷平臺在星上電極腔內的相對位置；另一方面，通過在星上電極腔的電極上施加電壓可與載荷平臺間形成靜電力，可對載荷平臺實現六自由度的驅動控制，作為載荷平臺減振的控制力，實現載荷平臺的超靜。

9.如權利要求1所述的一種靜電懸浮式天基超靜衛星平臺系統，其特征還在于：通過調整加載到星上電極腔上的預載電壓和控制電壓，可對天基超靜平臺系統進行系統重構，改變載荷平臺的動態特性，使載荷平臺的超靜性能更優。