[发明专利]用于从运载火箭发射多颗卫星的系统和方法

说明书

提供了一种用于从运载火箭发射多颗卫星的系统(100)和方法(300)。该系统包括机械结构(102)、控制单元(106)和图像捕获系统；该机械结构(102)具有一个或更多个安装装置(104A‑F)；该控制单元(106)用于控制一个或更多个安装装置以在机械结构中定位和分离多颗卫星；该图像捕获系统用于监控每颗卫星在机械结构中的定位。该安装装置适于将卫星以在轴向分离、倾斜分离和径向分离中隔开一定距离的方式定位，以确保每颗卫星在短的轨道演化期间内以及长的轨道演化期间内彼此不接触。

技术领域

本实施例总体上涉及一种用于从运载火箭发射多颗卫星的系统，并且更具体地涉及一种没有任何羽流相互作用并且满足长期无碰撞要求的确保多颗卫星分离的系统和方法。

背景技术

常规的卫星部署系统使用多级运载火箭在它们单独分离并飞行到其最终运行轨道之前到达插入轨道。运载火箭的动力和推进力有限，因此所有卫星都应部署在相对较小的时间窗口内。在有大量卫星作为有效载荷的情况下，很难在有限的时间窗口内相对快速地连续部署它们，这是因为卫星之间的距离很近，而且存在固有的潜在碰撞风险。

现有技术(www.nasaspaceflight.com)公开了在卫星从火箭上脱离之后使用减速火箭的点火发动(retro firing)来将上级移开。另一现有技术(US 9463882 Bi)公开了一种方法，其中，具有推进单元的整个分配器模块与末级分离，而卫星随后与分配器模块分离。但是，当需要以安全的方式在较短的发射时间窗口内一次尝试部署大量卫星时，这些方法将无济于事。

US 9463882 131公开了一种用于组装和部署卫星的系统和方法。在本发明中，多个分配器模块与它们自己的推进单元一起使用，以从该模块中分离出一组卫星。这些模块在指定的时间与火箭的末级分离，并且可以被操控以相互避开以免碰撞。解决了本发明的局限性，并且本发明中的新颖策略是(1)所有卫星都以适当的定向附接并直接从末级分离；(2)提供侧倾操控，控制分离的时间并在不同方向上以不同的角度同时分离卫星；(3)视频成像系统的定位证实了确切的分离。

参考文献：digitalcommons.usu.edu，2002年AIAA/USU小卫星会议论文集，DonaldE.Keenan，“ADeployment Strategy for Multiple Secondary Payloads on the MLV05Mission(MLV05任务的多个次要有效载荷的部署策略)”公开了多卫星分离，其中主要选项是在不同的时间间隔内以不同的相对速度(Δv)的各种卫星的分离，其中总分离时间窗口定义为45分钟。使用本发明解决的该方法的局限性是：(1)通过使用相同的分离机构，使卫星具有几乎相同的相对速度；(2)可以将任务的总时间限制在800s以下。

参考文献：www.nasaspaceflight.com公开了当级仍在点火时，俄罗斯发射器从火箭背面分离了37颗卫星。在这样的系统中，卫星可能会遭遇火箭推进系统的羽流。使用本发明解决的该方法的局限性是(1)同时沿速度方向和反速度(anti-velocity)方向将卫星分离；(2)避免了羽流相互作用的合适的卫星安装方向；(3)视频成像系统的定位捕获了所有卫星的确切分离，并确保没有羽流相互作用。此外，视频成像系统还捕获了没有羽流的情况。

综上所述，现有技术具有许多局限性。它们都没有提供一种以安全、及时和具有成本效益的方式部署大量卫星的可靠方法。为了克服这些局限，实现了用于使用多级运载火箭部署多颗卫星的创新的任务管理系统和方法。本实施例以独特且经济的方式解决了这些问题中的一个或更多个。

发明内容

用于部署多颗卫星的新颖的任务管理策略具有以下目的：

本发明的主要目的是确切分离多颗卫星。本发明的另一个目的是确保以在前几个轨道中逐渐增加间隙的方式分离多颗卫星。

本发明的又一个目的是确保分离没有任何羽流相互作用的多颗卫星。