多发间隔式皮卫星在轨部署器的研制

摘要

随着微电子机械系统（MEMS）技术的快速发展，皮卫星等微小卫星受到越来越多研究者的关注。具有不同功能特性的皮卫星可以组合进行在轨编队飞行、对空间目标逼近成像、南北极航道观测以及参与星座构建等。在未来的航天任务中，皮卫星等微小型卫星在轨分离部署将会成为一种趋势，一颗主星携带多颗小卫星的模式将成为主流。而为了实现皮卫星集群化承载及定向释放的问题，就必须有可靠的在轨部署装置。本课题以此为基础，结合“国家‘863’课题—xxx星群组承载及定向释放技术”所提出的设计指标，采用理论建模、结构优化、仿真分析和试验研究等方法，开展多发间隔式皮卫星在轨部署器的研制工作。
　　本课题首先针对部署器设计指标要求，在充分调研国内外研究现状的基础上提出了以“箱体结构承载，记忆合金智能材料驱动”为核心思想的四种设计方案，通过设计方案对比分析，优选出最佳方案。
　　针对弹簧动态特性难以准确评估和控制的问题，本课题使用弹性势能简化度量的方法计算出皮卫星初始线速度与角速度。建立皮卫星与导轨碰撞的动力学模型，对皮卫星分离过程中各个阶段的受力和运动情况进行了分析。分析在弹簧极限误差条件下不同导轨间隙对皮卫星分离姿态的影响。
　　在部署器方案设计的基础上结合理论分析成果开展了详细的结构设计。为了保证皮卫星在轨部署时良好的位姿，结合热力学分析合理确定了部署器导轨间隙。考虑部署器小型化、轻量化的设计要求，对部署器相关组件进行拓扑优化。对部署器开展模态仿真分析和运动学仿真分析，验证结构设计的合理性以及皮卫星碰撞模型的正确性。
　　最后开展部署器原理样机功能性试验。验证了部署器箱盖解锁与锁定的可靠性。对皮卫星弹射进行了线速度与角速度的测定试验，与此同时进行了分离弹簧极限误差条件下的角速度测定试验，验证了弹性势能简化度量方法和皮卫星碰撞模型的正确性。通过冲击试验，测定皮卫星分离过程中对部署器产生的冲击。开展了部署器样机的振动试验，得到装置的一阶固有频率，检验部署器在复杂力学环境中的可靠性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景与意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 课题主要研究内容

第2章 部署器方案设计

2.1 引言

2.2 部署器设计指标和原则

2.3 部署器初步设计方案

2.4 部署器材料选取

2.5 本章小结

第3章 皮卫星弹射分离动力学分析

3.1 引言

3.2 弹性势能简化度量

3.3 皮卫星弹射过程运动分析

3.4 本章小结

第4章 部署器结构设计与仿真分析

4.1 引言

4.2 部署器结构设计

4.3 部署器模态仿真分析

4.4 部署器运动学仿真分析

4.5 本章小结

第5章 部署器性能试验与分析

5.1 引言

5.2 部署器样机尺寸和质量测定

5.3 箱盖解锁与锁定的功能试验

5.4 皮卫星弹射分离试验

5.5 皮卫星分离冲击试验

5.6 部署器样机整体振动试验

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢