[发明专利]一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法

说明书

本发明公开了一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法，包括若干层堆叠的单颗卫星，每一层包括四个释放单元，四个释放单元依次旋转90°并相互贴合，每一个释放单元包括正位卫星和反位卫星两个单颗卫星，单颗卫星为长方体形。本发明采用上述结构的一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法，能够减少或甚至消除分配器质量，而不损及发射期间所需的结构刚度和强度，使多颗卫星在特定初角速度的条件下一次性完全分散。

技术领域

本发明涉及空间技术领域，尤其是涉及一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法。

背景技术

卫星支持系统通常通过指定的接口平面和螺栓式样将卫星连接到运载火箭。单个卫星可以直接附接到这样的接口。为发射多颗卫星，支持系统通常使用具有从接口平面悬下的主气缸分配器。然后，将单个卫星围绕主气缸的周边径向附接。这样的支持系统的一个缺点在于分配器占据了大量的体积和质量以便满足结构的强度和刚度要求。因此，将希望提供一种新颖的卫星形态以及堆叠方式改善以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法，能够减少或甚至消除分配器质量，而不损及发射期间所需的结构刚度和强度，使多颗卫星在特定初角速度的条件下一次性完全分散。

为实现上述目的，本发明提供了一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式，包括若干层堆叠的单颗卫星，每一层包括四个释放单元，四个所述释放单元依次旋转90°并相互贴合，每一个所述释放单元包括正位卫星和反位卫星两个所述单颗卫星，所述单颗卫星为长方体形，所述单颗卫星的一个侧面中部设置有截面为半圆形的第一扣合槽，所述第一扣合槽的中部内设置有第一环形卡扣，所述单颗卫星的另一个侧面底部设置有截面为扇形的第二扣合槽，所述第二扣合槽内设置有第二环形卡扣，所述第二环形卡扣位于所述第二扣合槽的一端，所述正位卫星的所述第一扣合槽朝向外侧，所述反位卫星的所述第一扣合槽朝向内侧，所述正位卫星和所述反位卫星的所述第二扣合槽相互贴合，所述第二环形卡扣插入相邻所述反位卫星的所述第一扣合槽内，位于同一所述释放单元内的两个所述单颗卫星的两个所述第二环形卡扣将相邻所述反向卫星的第一环形卡扣夹在中间。

优选的，若干层单颗卫星之间通过贯穿所述第二环形卡扣的绳索柔性连接。

优选的，所述第一环形卡扣和所述第二环形卡扣的内径为30mm，所述第一环形卡扣和第二环形卡扣的外径为50mm。

优选的，所述第一环形卡扣和所述第二环形卡扣的厚度为所述单颗卫星厚度的三分之一。

一种多卫星无碰撞释放方法，步骤如下：

S1、动力学建模：基于自然坐标方法建立所述单颗卫星的刚体动力学模型，并将其连接而成为堆叠卫星系统的多刚体系统动力学模型，通过合适的约束条件使刚体间固结，同时计入轨道运动、分离时刚体间相互作用，运用拉格朗日乘子法获得多刚体系统分离-释放动力学方程；

S2、碰撞检测算法：为了精确快速计算两个所述单颗卫星之间的最小距离，以判断其是否发生碰撞，采用超椭圆近似法将所述单颗卫星的外表面通过连续可微函数进行近似，之后再将最小距离计算问题转化为寻找两个所述单颗卫星上的两个点使得其距离最小的凸优化问题；

S3、分离动力学仿真：对每一个所述单颗卫星进行编号，对堆叠卫星系统进行动力学仿真，寻找合适的释放初始角速度；

S4、释放：切断所述单颗卫星之间的绳索，根据计算出的初始角速度释放卫星，使堆叠卫星系统的释放过程中不同的所述单颗卫星之间均不发生碰撞，卫星依靠自身的初始旋转完成分离。

因此，本发明采用上述结构一种多卫星无碰撞释放的堆叠方式及释放方法，在保证卫星体积以及卫星各基本功能正常的正常形态下，设计每个堆叠卫星使用环状卡扣和扣合槽相连接，堆叠后采用柔性连接以便在获得初始角速度后切断柔性连接使每颗卫星在初角速度的条件下一次性完全分散。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。