[發(fā)明專利]一種芯片衛(wèi)星群及其散布方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810835487.3
• 申請(qǐng)日: 2018-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN109110158B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁源;趙迪;王明明;孫沖;崔堯;馬川;車德佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 楊博

本發(fā)明公開了一種芯片衛(wèi)星群及其散布方法，包括多個(gè)芯片衛(wèi)星，芯片衛(wèi)星之間通過可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)連接，芯片衛(wèi)星中的頭端芯片衛(wèi)星通過可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)連接芯片衛(wèi)星散布器；所述可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)包括可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端設(shè)置有可張合鉗口；所述可張合鉗口用于連接芯片衛(wèi)星或芯片衛(wèi)星散布器。能夠在各個(gè)芯片衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)散布后達(dá)到其初始姿態(tài)需求，并且消減了各個(gè)芯片衛(wèi)星的初始姿態(tài)擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了芯片衛(wèi)星散布后初始姿態(tài)的穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域；涉及一種芯片衛(wèi)星群，還涉及上述芯片衛(wèi)星群的散布方法。

背景技術(shù)

芯片衛(wèi)星作為微小型衛(wèi)星的一種，一經(jīng)提出，就受到了航天業(yè)界的廣受關(guān)注。得益于芯片技術(shù)的發(fā)展，一些以往只有大型航天器才能執(zhí)行的任務(wù)，現(xiàn)在只需一顆或幾顆小巧的芯片衛(wèi)星即可替代；而且相對(duì)于傳統(tǒng)的大型航天器而言，芯片衛(wèi)星在制造和發(fā)射成本上有著極大的優(yōu)勢(shì)。由于自身大小和質(zhì)量的限制，傳統(tǒng)的姿態(tài)確定和調(diào)節(jié)方式在芯片衛(wèi)星上無法應(yīng)用或者要受到相當(dāng)大的限制。

目前，針對(duì)芯片衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)節(jié)問題，有著外部環(huán)境力矩和內(nèi)力矩兩種不同的方式，兩者都有著相對(duì)較成熟的研究。外界環(huán)境力矩作用的姿軌調(diào)整方式中，已知的已有外部環(huán)境力矩來源有太陽帆、電動(dòng)力繩等，即分別利用太陽光壓力和星球磁場(chǎng)力矩對(duì)芯片衛(wèi)星姿態(tài)軌道進(jìn)行調(diào)節(jié)。針對(duì)芯片衛(wèi)星的姿軌調(diào)節(jié)問題，運(yùn)用外界環(huán)境力作用對(duì)芯片衛(wèi)星進(jìn)行姿態(tài)軌道調(diào)整是一種比較有效的調(diào)節(jié)方式，但對(duì)衛(wèi)星構(gòu)型、工作空間、調(diào)節(jié)時(shí)間和位置有著頗為苛刻的要求，受環(huán)境（電離層、磁場(chǎng)、太陽光照等）因素影響較大、亦會(huì)受初始狀態(tài)條件限制，極有可能出現(xiàn)在需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整時(shí)無法第一時(shí)間響應(yīng)甚至無法響應(yīng)的現(xiàn)象。

內(nèi)力矩作用的姿態(tài)軌道調(diào)整方式中，針對(duì)芯片衛(wèi)星有限負(fù)載下傳統(tǒng)內(nèi)力矩調(diào)姿方式難以應(yīng)用的情況，目前已有了一些利用衛(wèi)星自身構(gòu)件作為配重的姿態(tài)調(diào)整方式的研究。芯片衛(wèi)星的內(nèi)力矩姿態(tài)軌道控制，主要是基于動(dòng)量矩守恒定理，通過改變衛(wèi)星主體和附件的相對(duì)結(jié)構(gòu)位置，來調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)軌道。相對(duì)于外力矩而言，內(nèi)力矩姿態(tài)軌道控制方式有著不受外界環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)。然而，內(nèi)力矩姿態(tài)軌道調(diào)整方式同樣有著一些自身難以避免的缺陷。一方面，內(nèi)力矩姿態(tài)調(diào)整方式會(huì)受限于自身能量?jī)?chǔ)備限制，芯片衛(wèi)星自身攜帶能量往往十分有限，且在軌期間可能難以獲得良好的再充能環(huán)境，因此使用內(nèi)力矩對(duì)芯片衛(wèi)星調(diào)整姿態(tài)會(huì)大大減少衛(wèi)星的工作壽命，而且次數(shù)和幅度可能無法滿足姿態(tài)調(diào)整需求。另一方面，基于角動(dòng)量的內(nèi)力矩姿態(tài)軌道調(diào)節(jié)過程中，對(duì)衛(wèi)星主體的姿態(tài)調(diào)節(jié)必然伴隨著衛(wèi)星相對(duì)結(jié)構(gòu)的變化，而受限于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)變化的范圍限制，衛(wèi)星主體姿態(tài)調(diào)節(jié)空間往往有限，而且要想保證衛(wèi)星的各個(gè)部件都保持在應(yīng)處的合理姿態(tài)布局十分困難，需要進(jìn)行復(fù)雜而繁瑣的控制與優(yōu)化。

綜上所述，芯片衛(wèi)星上自身所負(fù)載的姿態(tài)調(diào)整方式和能力都很有限，依靠外部環(huán)境力矩進(jìn)行調(diào)姿的方式受限于初始狀態(tài)條件，可能根本無法啟動(dòng)；依靠?jī)?nèi)力矩進(jìn)行調(diào)姿的方式受限于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)變化的范圍限制和負(fù)載能源限制，可能無法滿足姿態(tài)調(diào)整的需求。因此，一方面，隨意散布的芯片衛(wèi)星很有可能無法把姿態(tài)調(diào)整到其工作所需的初始姿態(tài)；另一方面，當(dāng)芯片衛(wèi)星初始姿態(tài)出現(xiàn)嚴(yán)重偏差或擾動(dòng)時(shí)，往往不能實(shí)現(xiàn)自身姿態(tài)的穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種芯片衛(wèi)星群及其散布方法；能夠在各個(gè)芯片衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)散布后達(dá)到其初始姿態(tài)需求，并且消減了各個(gè)芯片衛(wèi)星的初始姿態(tài)擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了芯片衛(wèi)星散布后初始姿態(tài)的穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種芯片衛(wèi)星群，包括多個(gè)芯片衛(wèi)星，芯片衛(wèi)星之間通過可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)連接，芯片衛(wèi)星中的頭端芯片衛(wèi)星通過可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)連接芯片衛(wèi)星散布器；所述可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)包括可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩端設(shè)置有可張合鉗口；所述可張合鉗口用于連接芯片衛(wèi)星或芯片衛(wèi)星散布器。

更進(jìn)一步的，本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

其中可控轉(zhuǎn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)并聯(lián)或串聯(lián)連接芯片衛(wèi)星。

其中可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括彈性鉸接結(jié)構(gòu)，彈性鉸接結(jié)構(gòu)的兩端設(shè)置有可張合鉗口。

其中可控轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為包括性彈片結(jié)構(gòu)，柔性彈片結(jié)構(gòu)的兩端設(shè)置有可張合鉗口。