CN109795723A - 卫星舱间能源传输装置、方法及卫星 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星舱间能源传输装置、方法及卫星，所述能源传输装置包括：第一连接装置、第二连接装置、第一能源传输触点以及第二能源传输触点；第一能源传输触点设置在第一连接装置上，第二能源传输触点设置在第二连接装置上；第一连接装置、第二连接装置之间能够重复对接、分离，对应能量传输回路闭环形成、断开；本发明解决了非固连式卫星舱间能源传输的问题，为载荷舱与平台舱的全物理隔离实现提供了必要条件，具有设计兼容性好、可靠性高的优点；利用导向限位设计消除了对接过程的位移误差，利用分离装置保证了装置的有效分离，为增加卫星指向精度和稳定度提供了更大的设计空间。

Description

卫星舱间能源传输装置、方法及卫星

技术领域

本发明涉及卫星供配电方式，具体地，涉及一种卫星舱间能源传输装置、方法及卫星，尤其涉及一种可重复接触充电的卫星舱间能源传输方法。

背景技术

空间科学包括空间天文、太阳物理、空间物理、行星科学、空间地球科学、微重力科学、空间基础物理和空间生命科学。具有前沿性、创新性、引领性、挑战性，在国家创新驱动发展中发挥着重要作用。随着空间探测技术向更高(灵敏度)、更精(分辨率)、更强(多任务、多功能)、更准(标定能力)和更宽(观测范围和谱段)方向的发展，载荷对卫星平台的要求也越来越高，指向精度和稳定度是其中非常重要的指标之一。传统卫星载荷与平台固连，存在挠性附件影响，微振动难以测量与控制，严重限制了卫星的指向精度与稳定度。传统的卫星设计方式越来越无法满足未来空间科学任务需求，需要采用新型的超高指向精度、超高稳定度卫星设计方案。

针对上述微振动导致的指向精度与稳定度的问题，目前主要存在两种解决办法，即振动抑制和振源隔离。前者主要通过添加物理隔振装置例如隔振器等来提高指向精度与稳定度，由于载荷舱仍与平台舱相连，微振动抑制效果有限，精度提升程度无法满足需求；后者主要通过空间隔离卫星载荷舱与平台舱隔绝微振动影响，但受限于传统的卫星舱间能源传输方式，即载荷舱与平台舱之间直接通过电缆连接进行供配电，无法实现理想的空间隔离，指向精度与稳定度尚有提升的空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星舱间能源传输装置、方法及卫星。

根据本发明提供的卫星舱间能源传输装置,包括第一连接装置、第二连接装置、第一能源传输触点、第二能源传输触点；第一能源传输触点设置在第一连接装置上，第二能源传输触点设置在第二连接装置上；第一连接装置、第二连接装置之间能够重复对接、分离；当第一连接装置、第二连接装置之间对接时，第一能源传输触点、第二能源传输触点电连接。

优选地，所述卫星舱间能源传输装置，第一连接装置、第二连接装置这两者中，其中：

-一者为主动控制装置，另一者为被动控制装置；或者

-所述两者均为主动控制装置；

其中，在所述主动控制装置的作用下，第一连接装置、第二连接装置能够对接。

优选地，所述卫星舱间能源传输装置，主动控制装置包括电磁铁，被动控制装置包括吸附块；或者，主动控制装置包括电磁铁。

优选地，所述卫星舱间能源传输装置包括分离装置；

-所述分离装置包括运动部件；所述运动部件能够在第一位置与第二位置之间运动；当所述运动部件位于第一位置时，允许第一连接装置与第二连接装置之间相对接；当所述运动部件从第一位置运动到第二位置时，第一连接装置与第二连接装置之间相分离；或者

-第一连接装置和/或第二连接装置构成分离装置。

优选地，所述卫星舱间能源传输装置，第一连接装置与第二连接装置之间具有相配合的对接导向面。

优选地，所述的卫星舱间能源传输装置，运动部件设置在对接导向面上；

当所述运动部件位于第一位置时，所述运动部件不凸出所述对接导向面；

当所述运动部件位于第二位置时，所述运动部件凸出于所述对接导向面。

优选地，所述卫星舱间能源传输装置包括：第一供电电缆、第二供电电缆；

第一能源传输触点、第一供电电缆以及第一连接装置采用一体化设计集成，所述第一能源传输触点与第一供电电缆一端相连，第一能源传输触点位于第一连接装置外表面，第一供电电缆位于第一连接装置内部；

第二能源传输触点、第二供电电缆以及第二连接装置采用一体化设计集成，所述第二能源传输触点与第二供电电缆一端相连，第二能源传输触点位于第二连接装置外表面，第二供电电缆位于第二连接装置内部。

所述对接导向面主要由两个坡面连接组成，且两坡面间夹角不等于180°。

根据本发明提供的一种卫星，包括第一舱体、第二舱体，还包括所述卫星舱间能源传输装置；

第一连接装置连接在第一舱体上；

第二连接装置连接在第二舱体上。

优选地，所述卫星，第一舱体与第二舱体空间隔离；

第一舱体为载荷舱，第二舱体为平台舱；

所述载荷舱依靠自身蓄电池供电；所述平台舱依靠太阳翼供电。

根据本发明提供的一种卫星舱间能源传输方法，利用所述卫星舱间能源传输装置，包括如下步骤：

步骤A：需要能量传输时，对接第一连接装置和第二连接装置，完成第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接；

步骤B：能量传输过程中，第一供电电缆、第二供电电缆通过第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接联通，形成能量传输回路闭环，进行能量传输；

步骤C：能量传输完成后，分离第一连接装置和第二连接装置，断开第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接，断开能量传输回路。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、解决了非固连式卫星舱间能源传输的问题，为载荷舱与平台舱的全物理隔离实现提供了必要条件；

2、使用了连接装置、供电电缆以及供电触点的一体化设计，具有设计兼容性好、可靠性高的优点；

3、利用对接导向面的导向限位设计，消除了对接过程可能出现的位移误差，确保吸合后供电触点可靠接触，提高了舱间能源传输的可靠性；

4、使用分离装置确保了舱间能源传输结束后载荷舱与平台舱的有效分离，为增加卫星指向精度和稳定度提供了更大的设计空间。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为可重复锁紧释放的电磁吸合连接装置示意图。

图2为可自动消除位移偏差的导向限位装置示意图。

图中示出：

载荷舱底板 1

电磁铁 2

弹簧凸起式供电触点 3

吸附块 4

平台舱顶板 5

供电电缆 6

供电触点 7

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的卫星舱间能源传输装置,包括第一连接装置、第二连接装置、第一能源传输触点、第二能源传输触点；第一能源传输触点设置在第一连接装置上，第二能源传输触点设置在第二连接装置上；第一连接装置、第二连接装置之间能够重复对接、分离；当第一连接装置、第二连接装置之间对接时，第一能源传输触点、第二能源传输触点电连接。

所述卫星舱间能源传输装置，第一连接装置、第二连接装置这两者中，其中：

-一者为主动控制装置，另一者为被动控制装置；或者

-所述两者均为主动控制装置；

其中，在所述主动控制装置的作用下，第一连接装置、第二连接装置能够对接。

具体地，所述卫星舱间能源传输装置，主动控制装置包括电磁铁2，被动控制装置包括吸附块4；或者，主动控制装置包括电磁铁2。

所述卫星舱间能源传输装置，包括分离装置；

-所述分离装置包括运动部件；所述运动部件能够在第一位置与第二位置之间运动；当所述运动部件位于第一位置时，允许第一连接装置与第二连接装置之间相对接；当所述运动部件从第一位置运动到第二位置时，第一连接装置与第二连接装置之间相分离；或者

-第一连接装置和/或第二连接装置构成分离装置。

本实施例中，采用弹簧作为分离装置的运动部件，并与第二能源传输触点集成为弹簧凸起式供电触点3。

进一步地，所述卫星舱间能源传输装置，第一连接装置与第二连接装置之间具有相配合的对接导向面。所述的卫星舱间能源传输装置，运动部件设置在对接导向面上；当所述运动部件位于第一位置时，所述运动部件不凸出所述对接导向面；当所述运动部件位于第二位置时，所述运动部件凸出于所述对接导向面。所述卫星舱间能源传输装置包括：第一供电电缆、第二供电电缆；第一能源传输触点、第一供电电缆以及第一连接装置采用一体化设计集成，所述第一能源传输触点与第一供电电缆一端相连，第一能源传输触点位于第一连接装置外表面，第一供电电缆位于第一连接装置内部；第二能源传输触点、第二供电电缆以及第二连接装置采用一体化设计集成，所述第二能源传输触点与第二供电电缆一端相连，第二能源传输触点位于第二连接装置外表面，第二供电电缆位于第二连接装置内部。所述对接导向面主要由两个坡面连接组成，且两坡面间夹角不等于180°，本实施例中，对接导向面采用箭头形设计。

根据本发明提供的一种卫星舱间能源传输方法，利用所述卫星舱间能源传输装置，包括如下步骤：

步骤A：需要能量传输时，对接第一连接装置和第二连接装置，完成第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接；

步骤B：能量传输过程中，第一供电电缆、第二供电电缆通过第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接联通，形成能量传输回路闭环，进行能量传输；

步骤C：能量传输完成后，分离第一连接装置和第二连接装置，断开第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接，断开能量传输回路。

具体地，当载荷舱需要充电时给电磁铁2通电使其吸合接触，利用对接导向面消除位移误差，使吸合后供电触点可靠接触，形成供电回路闭环；充电完成后给电磁铁2断电，解除电磁铁2与吸附块4块之间的约束力，利用弹簧凸起式供电触点3，有效实现分离。

根据本发明提供的一种卫星，包括第一舱体、第二舱体，还包括所述卫星舱间能源传输装置；第一连接装置连接在第一舱体上；第二连接装置连接在第二舱体上。所述卫星，第一舱体与第二舱体空间隔离；第一舱体为载荷舱，第二舱体为平台舱；所述载荷舱依靠自身蓄电池供电；所述平台舱依靠太阳翼供电。

本实施例中，第一连接装置、第二连接装置联合作为电磁吸合连接装置，分别使用电磁铁2、吸附块4，其中电磁铁2通过螺钉安装于平台舱顶板5，吸附块4通过螺钉安装于载荷舱底板1。根据卫星机动或者能源需求，当电磁铁2通电时，在电磁力作用下，电磁铁2与吸附块4连接于一体，连接力满足卫星机动及供电要求。当卫星机动或供电任务完成后，电磁铁2断电，电磁铁2与吸附块4之间的约束力解除，在磁浮作动器作用下，载荷舱与服务舱发生相对运动。连接与解锁动作可重复进行。

同时考虑接供电触点间的分离，根据总体要求，为有效实现分离，设计供电触点为弹簧凸起式，弹簧刚度约1.5N/mm,弹簧固定安装在导向限位装置上。自由状态时，弹簧自由端面高出电磁铁2接触面0.5～0.8mm，吸附时，弹簧产生的推力约0.75～1.2N。

电磁铁2安装座通过4个M4螺钉与平台舱顶板5连接，吸附块4安装座通过4个M4螺钉与载荷舱底板1连接。

舱间重复吸合连接装置各主要指标如下表1所示：

表1重复吸合连接装置主要指标

项目	指标
		重量	0.5kg/套(不含支架)
功耗	8W/套
		数量	4
供电电流	0.25A
		供电电压	28V

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种卫星舱间能源传输装置，其特征在于，包括第一连接装置、第二连接装置、第一能源传输触点、第二能源传输触点；

第一能源传输触点设置在第一连接装置上，第二能源传输触点设置在第二连接装置上；

第一连接装置、第二连接装置之间能够重复对接、分离；

当第一连接装置、第二连接装置之间对接时，第一能源传输触点、第二能源传输触点电连接。

2.根据权利要求1所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，第一连接装置、第二连接装置这两者中，其中：

-一者为主动控制装置，另一者为被动控制装置；或者

-所述两者均为主动控制装置；

其中，在所述主动控制装置的作用下，第一连接装置、第二连接装置能够对接。

3.根据权利要求1所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，主动控制装置包括电磁铁(2)，被动控制装置包括吸附块(4)；或者，主动控制装置包括电磁铁(2)。

4.根据权利要求1所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，包括分离装置；

-所述分离装置包括运动部件；所述运动部件能够在第一位置与第二位置之间运动；当所述运动部件位于第一位置时，允许第一连接装置与第二连接装置之间相对接；当所述运动部件从第一位置运动到第二位置时，第一连接装置与第二连接装置之间相分离；或者

-第一连接装置和/或第二连接装置构成分离装置。

5.根据权利要求1或4所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，第一连接装置与第二连接装置之间具有相配合的对接导向面。

6.根据权利要求5所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，所述运动部件设置在对接导向面上；

当所述运动部件位于第一位置时，所述运动部件不凸出所述对接导向面；

当所述运动部件位于第二位置时，所述运动部件凸出于所述对接导向面。

7.根据权利要求5所述的卫星舱间能源传输装置，其特征在于，包括：第一供电电缆、第二供电电缆；

第一能源传输触点、第一供电电缆以及第一连接装置采用一体化设计集成，所述第一能源传输触点与第一供电电缆一端相连，第一能源传输触点位于第一连接装置外表面，第一供电电缆位于第一连接装置内部；

第二能源传输触点、第二供电电缆以及第二连接装置采用一体化设计集成，所述第二能源传输触点与第二供电电缆一端相连，第二能源传输触点位于第二连接装置外表面，第二供电电缆位于第二连接装置内部。

所述对接导向面主要由两个坡面连接组成，且两坡面间夹角不等于180°。

8.一种卫星，其特征在于，包括第一舱体、第二舱体，还包括权利要求1至7中任一项所述的卫星舱间能源传输装置；

第一连接装置连接在第一舱体上；

第二连接装置连接在第二舱体上。

9.根据权利要求8所述的卫星，其特征在于，所述第一舱体与第二舱体空间隔离；

第一舱体为载荷舱，第二舱体为平台舱；

所述载荷舱依靠自身蓄电池供电；所述平台舱依靠太阳翼供电。

10.一种卫星舱间能源传输方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的卫星舱间能源传输装置，包括如下步骤：

步骤A：需要能量传输时，对接第一连接装置和第二连接装置，完成第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接；

步骤B：能量传输过程中，第一供电电缆、第二供电电缆通过第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接联通，形成能量传输回路闭环，进行能量传输；

步骤C：能量传输完成后，分离第一连接装置和第二连接装置，断开第一能源传输触点和第二能源传输触点的电连接，断开能量传输回路。