具有開(kāi)放側(cè)面的航天器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種航天器可以包括具有多個(gè)模塊側(cè)面的模塊結(jié)構(gòu)。該航天器可以包括延伸通過(guò)航天器中心的中心圓柱體。該中心圓柱體可以是沿航天器的縱軸線延伸的唯一的封閉橫截面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有開(kāi)放側(cè)面的航天器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)布置，更具體地，涉及航天器的支撐結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的三軸穩(wěn)定航天器通常在封閉的盒狀結(jié)構(gòu)布置中具有多個(gè)平坦側(cè)面。該盒狀結(jié)構(gòu)布置有利于支撐通常在航天器中使用的大致平坦的部件。這樣的部件包括熱輻射板、太陽(yáng)能電池陣列和天線。
[0003]但是，傳統(tǒng)的航天器盒狀結(jié)構(gòu)可以包括冗置結(jié)構(gòu)。例如，傳統(tǒng)航天器包括用于在與運(yùn)載火箭的交界處發(fā)射航天器負(fù)載到衛(wèi)星的基部的結(jié)構(gòu)。另外，傳統(tǒng)航天器可以包括用于安裝航天器部件的外部板，如用于通信的，其中外部板可為航天器提供冗置的承載能力。
[0004]冗置的外部板可能不必要地增加航天器的總體質(zhì)量，從而增加將航天器插入到軌道的成本。此外，航天器增加的質(zhì)量可能會(huì)導(dǎo)致能夠被航天器搭載的用于入軌和/或保持位置的推進(jìn)劑量的減少。因此，這個(gè)增加的質(zhì)量降低了航天器的運(yùn)行壽命。
[0005]正如所看到的，對(duì)于最大限度減少或消除航天器的冗置結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置，在本領(lǐng)域中存在一種需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]上述提到的與航天器結(jié)構(gòu)相關(guān)的需求，通過(guò)在本發(fā)明中提供一種具有多個(gè)模塊側(cè)面的模塊結(jié)構(gòu)，而可以被特別的解決和緩解。航天器可以包括延伸通過(guò)航天器中心的中心圓柱體。該中心圓柱體可以包括沿航天器縱軸延伸的唯一的封閉截面。
[0007]在另一實(shí)施例中，公開(kāi)的是一種具有多個(gè)模塊側(cè)面的模塊結(jié)構(gòu)的三軸穩(wěn)定航天器。該航天器可以包括延伸通過(guò)航天器中心的中心圓柱體。該中心圓柱體包括沿航天器縱軸延伸的唯一的封閉截面。推進(jìn)劑貯箱可以安放在中心圓柱體內(nèi)。
[0008]還公開(kāi)了一種裝配航天器的方法。該方法包括提供一種具有多個(gè)模塊側(cè)面的航天器的模塊結(jié)構(gòu)。該方法還可以包括使得中心圓柱體延伸通過(guò)航天器的中心，其中該中心圓柱體包括沿航天器縱軸延伸的唯一的封閉截面。
[0009]此外，根據(jù)下面的條款本發(fā)明包括的實(shí)施例:
[0010]條款1、航天器，所述航天器包括:
[0011 ] 具有多個(gè)模塊側(cè)面的航天器的模塊結(jié)構(gòu)；
[0012]延伸通過(guò)航天器中心的中心圓柱體；和
[0013]沿航天器縱軸延伸的中心圓柱體是唯一封閉的截面。
[0014]條款2、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，還包括:
[0015]安放在中心圓柱體內(nèi)的推進(jìn)劑貯箱。
[0016]條款3、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，其中:
[0017]模塊結(jié)構(gòu)包括一對(duì)隔開(kāi)的剛性板，其定位在中心圓柱體的相對(duì)側(cè)面上，并封閉一對(duì)相對(duì)的模塊側(cè)面。[0018]條款4、根據(jù)條款3所述的航天器，其中:
[0019]所述模塊結(jié)構(gòu)包括開(kāi)放的側(cè)面，而沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)剛性結(jié)構(gòu)件延伸越過(guò)/跨過(guò)該開(kāi)放的側(cè)面。
[0020]條款5、根據(jù)條款4所述的航天器，還包括:
[0021]至少一個(gè)非剛性封閉件，其覆蓋開(kāi)放側(cè)面的至少部分。
[0022]條款6、根據(jù)條款5所述的航天器，其中:
[0023]所述非剛性封閉件包括隔熱毯。
[0024]條款7、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，其中:
[0025]該模塊結(jié)構(gòu)包括垂直剪切板，連接剛性板到中心圓柱體。
[0026]條款8、根據(jù)條款6所述的航天器，其中:
[0027]模塊結(jié)構(gòu)包括安裝在模塊結(jié)構(gòu)的相對(duì)端上的頂端板和底端板；和
[0028]每個(gè)剛性板在頂端板和底端板之間延伸并將其相互連接。
[0029]條款9、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，還包括:
[0030]至少一個(gè)天線連接到至少一個(gè)模塊側(cè)面。
[0031]條款10、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，還包括:
[0032]至少一個(gè)太陽(yáng)能電池板連接到至少一個(gè)模塊側(cè)面。
[0033]條款11、根據(jù)條款I(lǐng)所述的航天器，還包括:
[0034]基本平面的熱輻射板，包括至少一個(gè)模塊側(cè)面。
[0035]條款12、一種航天器，包括:
[0036]具有多個(gè)模塊側(cè)面的三軸穩(wěn)定航天器的模塊結(jié)構(gòu)；
[0037]延伸通過(guò)航天器中心的中心圓柱體；
[0038]安放在中心圓柱體內(nèi)的推進(jìn)劑貯箱；及
[0039]沿航天器縱軸延伸的中心圓柱體是唯一封閉的截面。
[0040]條款13、一種裝配航天器的方法，包括以下步驟:
[0041]提供一種具有多個(gè)模塊側(cè)面的航天器的模塊結(jié)構(gòu)；
[0042]延伸中心圓柱體通過(guò)航天器的中心；及
[0043]沿航天器縱軸延伸的中心圓柱體是唯一封閉的截面。
[0044]條款14、根據(jù)條款13所述的方法，還包括步驟:
[0045]安放推進(jìn)劑貯箱在中心圓柱體內(nèi)。
[0046]條款15、根據(jù)條款13所述的方法，還包括步驟:
[0047]定位一對(duì)隔開(kāi)的剛性板到中心圓柱的相對(duì)側(cè)面；
[0048]使用剛性板封閉一對(duì)相對(duì)的模塊側(cè)面。
[0049]條款16、根據(jù)條款13所述的方法，還包括步驟:
[0050]在模塊結(jié)構(gòu)的開(kāi)放的側(cè)面省略剛性結(jié)構(gòu)件。
[0051]條款17、根據(jù)條款16所述的方法，還包括步驟:
[0052]使用至少一個(gè)非剛性的封閉件來(lái)覆蓋開(kāi)放的側(cè)面的至少一部分。
[0053]條款18、根據(jù)條款17所述的方法，其中:
[0054]該非剛性的封閉件包括隔熱毯。
[0055]條款19、根據(jù)條款13所述的方法，還包括步驟:[0056]使用垂直剪切板連接剛性板到中心圓柱體上。
[0057]條款20、根據(jù)條款13所述的方法，還包括步驟:
[0058]安裝被安裝到模塊結(jié)構(gòu)的相對(duì)端的頂端板和底端板；及
[0059]使用至少一個(gè)剛性板使頂端板和底端板相互連接。
[0060]這些特性、功能和優(yōu)點(diǎn)可以在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)，或者是也可以在其它實(shí)施例中被組合，其中進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以參考下面的附圖和說(shuō)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0061]本發(fā)明所公開(kāi)的這些或者其它特征參考附圖將變的更加明顯，其中相同的數(shù)字代表的是相同的部件，在附圖中:
[0062]圖1是航天器封裝在運(yùn)載火箭中的截面圖；
[0063]圖2是圖1中航天器在一個(gè)實(shí)施例中的透視圖；
[0064]圖3是圖2中的航天器的太陽(yáng)能電池板和天線在展開(kāi)位置的透視圖；
[0065]圖4是電子模塊的模塊結(jié)構(gòu)在多個(gè)界面位置連接到中心圓柱體的透視圖；
[0066]圖5是模塊結(jié)構(gòu)，及在多個(gè)界面位置相互連接到中心圓柱體的分解透視圖；
[0067]圖6是模塊結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，示出了連接中心圓柱體上的模塊結(jié)構(gòu)到界面位置的多個(gè)支架；
[0068]圖7是沿圖6中線7的模塊結(jié)構(gòu)另一側(cè)視圖，示出了連接中心圓柱體上的模塊結(jié)構(gòu)到界面位置的多個(gè)支架；
[0069]圖8是沿圖6中線8的航天器的截面圖，示出了垂直剪切板連接有效負(fù)載裝備面板到中心圓柱體；
[0070]圖9是沿圖6中線9的航天器的另一截面圖，示出了有效負(fù)載裝備面板支架連接有效負(fù)載裝備面板到中心圓柱體；
[0071]圖10是中心圓柱體的透視圖，示出了多個(gè)定位在界面位置，用于使模塊結(jié)構(gòu)連接到中心圓柱體上的內(nèi)部環(huán)。
[0072]圖11是沿圖10中的線11的中心圓柱體的側(cè)剖視圖，示出了安裝在中心圓柱體上的內(nèi)部環(huán)和包含在中心圓柱體內(nèi)的推進(jìn)劑貯箱；
[0073]圖12是一種裝配航天器的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074]現(xiàn)在參照附圖，其中附圖是為了說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選及各種實(shí)施例，圖1中所示的一種封裝在運(yùn)載火箭100中的航天器146的截面圖。航天器146可以配置為通信衛(wèi)星，它可以被支撐在具有中心圓柱體150的核心結(jié)構(gòu)148上。中心圓柱體150可以從航天器146的頂端穿過(guò)航天器146向下豎直延伸到有效負(fù)載連接接頭112,其中，中心圓柱體150與運(yùn)載火箭100可以在分離面110對(duì)接。
[0075]圖2是可以配置為三軸穩(wěn)定航天器或旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定航天器的航天器146的透視圖。航天器146可以包括支撐在中心圓柱體150上的電子模塊300。電子模塊300可以包括一個(gè)具有多個(gè)模塊側(cè)面304的承載模塊結(jié)構(gòu)302。一個(gè)或多個(gè)模塊側(cè)面304包括用于安裝航天器裝備和形成飛行146的封閉側(cè)面306的剛性板314。在本發(fā)明中，電子模塊300被定義為包括操作部件，如天線370、太陽(yáng)能電池板354、熱輻射板320、推進(jìn)器380，及其它可能在外航天器界面與模塊結(jié)構(gòu)302連接的部件。中心圓柱體150可以配置為支撐航天器146上產(chǎn)生的負(fù)載，包括軸向載荷104、彎曲載荷106和扭轉(zhuǎn)載荷108。
[0076]有利的是，中心圓柱體150可以是沿航天器146的縱軸方向116延伸的唯一的封閉截面120。在這方面，中心圓柱體150可以為航天器146提供相當(dāng)大一部分的軸向、彎曲、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度。來(lái)自模塊結(jié)構(gòu)302的載荷可以被傳遞到中心圓柱體150，其可以將這些載荷傳遞到運(yùn)載火箭里，如在發(fā)射時(shí)。當(dāng)航天器146從運(yùn)載火箭100中分離以后，由于點(diǎn)燃推進(jìn)器380和/或操作太陽(yáng)能電池板354，模塊結(jié)構(gòu)302上的負(fù)載可以被傳遞到中心圓柱體150，其可以為航天器146提供彎曲、扭轉(zhuǎn)和軸向剛度。通過(guò)使用中心圓柱體150來(lái)支撐航天器的相當(dāng)大一部分(如，全部)的載荷，提供一個(gè)或多個(gè)模塊側(cè)面304的剛性板的需要可以被取消。以這種方式，模塊結(jié)構(gòu)302可以包括一對(duì)相對(duì)的開(kāi)放的側(cè)面308，其可以沒(méi)有剛性結(jié)構(gòu)件或承載結(jié)構(gòu)件，并且其可以由諸如隔熱毯312的非剛性封閉件310或其他柔性的和/或可移除覆蓋件覆蓋。通過(guò)形成具有開(kāi)放的側(cè)面308的電子模塊300，航天器146相對(duì)于與傳統(tǒng)航天器146有關(guān)的部件數(shù)量可以顯著的減少。另外，使用中心圓柱體150來(lái)支撐具有開(kāi)放的側(cè)面308的電子模塊300，航天器146的結(jié)構(gòu)質(zhì)量相對(duì)于傳統(tǒng)航天器可以顯著的減小。此外，電子模塊300的開(kāi)放的側(cè)面308可以在有效載荷集成過(guò)程中，顯著的改善訪問(wèn)航天器146的內(nèi)部。在這方面，航天器146內(nèi)部的各部件可以在集成的所有階段中快速的訪問(wèn)，使得在測(cè)試過(guò)程中顯著的減少與一個(gè)或多個(gè)航天器部件相關(guān)的返工時(shí)間。
[0077]圖3示出具有太陽(yáng)能電池板354和天線370的航天器146在展開(kāi)位置的實(shí)施例。每個(gè)太陽(yáng)能電池板354都安裝在與模塊結(jié)構(gòu)302相連接的太陽(yáng)能電池板支架358上。例如，航天器146包括一對(duì)展開(kāi)的太陽(yáng)能電池板354，其可以被聯(lián)接到在圓柱體150的相對(duì)側(cè)面上的有效負(fù)載裝備面板316。每個(gè)太陽(yáng)能電池板支架358可以在每個(gè)有效負(fù)載裝備面板316的太陽(yáng)能電池板支架界面360上被聯(lián)接到太陽(yáng)能電池板接頭362。在圖3中，航天器146可以包括一個(gè)或多個(gè)可以連接到模塊結(jié)構(gòu)302的模塊側(cè)304的天線。例如，圖3示出航天器具有安裝在天線桿374上的可展開(kāi)天線370，其可以在與底端板330相對(duì)側(cè)的天線支架界面376處聯(lián)接到底端板330。每個(gè)天線支架372都可以包括一個(gè)或多個(gè)天線桿374，它們從用于支撐一個(gè)或多個(gè)天線370的天線支架372處向外延伸。航天器146還可以包括一對(duì)固定的或可展開(kāi)的熱輻射板320。例如，圖3示出一般的平面熱輻射板，其固定連接或者集成在位于圓柱體150的每個(gè)側(cè)面上的有效載荷設(shè)備面板316上。熱輻射板320可以為各航天器的部件提供熱管理。
[0078]圖4是聯(lián)接到中心圓柱體150的電子模塊300的模塊結(jié)構(gòu)302的透視圖。該模塊結(jié)構(gòu)302包括一對(duì)定位在中心圓柱體150的相對(duì)側(cè)面并且形成箱形模塊結(jié)構(gòu)302的封閉側(cè)面306的剛性板314。兩剛性板314通常相互平行的布置，并且通常是平面的形狀，盡管也可以考慮非平面的形狀。剛性板314通常與縱軸116對(duì)齊，且被配置為有效載荷設(shè)備面板316。模塊結(jié)構(gòu)302還包括垂直剪切板340、頂端板326和底端板330，它們用于在一個(gè)或多個(gè)界面位置352處連接有效載荷設(shè)備面板316到中心圓柱體150。圖4還示出了模塊結(jié)構(gòu)302的開(kāi)放的側(cè)面308，可以沒(méi)有剛性結(jié)構(gòu)件(如，剛性板314或?yàn)橛行лd荷設(shè)備面板316)延伸穿過(guò)開(kāi)放的側(cè)面308。每個(gè)開(kāi)放的側(cè)面308在某種意義上是開(kāi)放的，即在兩剛性板314之間沒(méi)有扭轉(zhuǎn)載荷經(jīng)過(guò)該開(kāi)放的側(cè)面308。例如，對(duì)于每個(gè)開(kāi)放的側(cè)面308，是沒(méi)有負(fù)荷承載結(jié)構(gòu)的對(duì)角元素在中心圓柱體150 —側(cè)的剛性板314 (有效載荷設(shè)備面板316)與在中心圓柱體150的另一側(cè)上的剛性板(有效載荷設(shè)備面板316)之間延伸的。另外,開(kāi)放的側(cè)面308在某種意義上是開(kāi)放的，即對(duì)于每個(gè)開(kāi)放的側(cè)面308都沒(méi)有扭轉(zhuǎn)負(fù)荷承載結(jié)構(gòu)元素延伸穿過(guò)該開(kāi)放的側(cè)面308，這樣可能阻礙或限制從開(kāi)放的側(cè)面308進(jìn)入到航天器146的內(nèi)部。
[0079]如圖2所示，至少其中一個(gè)開(kāi)放的側(cè)面308具有一個(gè)非剛性封閉件310覆蓋在至少部分開(kāi)放的側(cè)面308上。在一個(gè)實(shí)施例中，非剛性封閉件310包括柔性和/或可移除覆蓋物，如可移除地固定在模塊結(jié)構(gòu)302的開(kāi)放的側(cè)面308上的織物材料。在一個(gè)實(shí)施例中，非剛性封閉件310可以使用如機(jī)械緊固件、鉤和圈搭扣(如，Velcro?)、或其他緊固裝置來(lái)移除地固定在開(kāi)放的側(cè)面308上方適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ趫D2中，非剛性的封閉件310包括隔熱毯，它至少部分覆蓋在開(kāi)放的側(cè)面308，及為航天器內(nèi)部的部件提供熱屏蔽、輻射屏蔽、和/或電磁干擾(EMI)。
[0080]圖5是模塊結(jié)構(gòu)302的分解視圖，其示出電子模塊300的結(jié)構(gòu)部件與中心圓柱體150在多個(gè)界面位置352相互連接。在一個(gè)實(shí)施例中，模塊結(jié)構(gòu)302包括垂直剪切板340、頂端板326和底端板330，它們用于連接剛性板314 (如，有效載荷設(shè)備面板316)到中心圓柱體150上。垂直剪切板340沿著中心圓柱體150的側(cè)面延伸，且與中心圓柱體150的縱軸116對(duì)齊。垂直剪切板340可以將有效載荷設(shè)備面板316的軸向載荷轉(zhuǎn)移到中心圓柱體150，相應(yīng)地，可以將電子模塊300的軸向載荷轉(zhuǎn)移到運(yùn)載火箭100里面。
[0081]在圖5中，在一個(gè)實(shí)施例中，垂直剪切板340通?？梢詮闹行膱A柱體150的相對(duì)側(cè)面徑向向外延伸，且將有效載荷設(shè)備面板316連接到中心圓柱體150。垂直剪切板340可以使用支架(未示出)、機(jī)械緊固件(未示出)連接和/或使用粘合劑粘結(jié)到中心圓柱體150。盡管圖5示出的是單個(gè)垂直剪切板340來(lái)連接每個(gè)有效載荷設(shè)備面板316到中心圓柱體150的一個(gè)側(cè)面，但是模塊結(jié)構(gòu)302包括任意數(shù)量的垂直剪切板340在任意方向進(jìn)行定向，用于連接每個(gè)有效載荷設(shè)備面板316到中心圓柱體150。每個(gè)垂直剪切板340都是由剪切板上部342和剪切板下部344組成，它們可以通過(guò)太陽(yáng)能電池板配件362來(lái)相互連接。盡管如此，每個(gè)垂直剪切板340都可以形成一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)。
[0082]在圖5中，有效載荷設(shè)備面板316包括拐角梁322，它沿側(cè)面緣垂直的延伸，且用于增加有效載荷設(shè)備面板316的剛度和強(qiáng)度。另外，每個(gè)有效載荷設(shè)備面板316都包括沿著其上邊緣和/或下邊緣的端梁324。在航天器146的底端，端梁324在相對(duì)的有效載荷設(shè)備面板316之間延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)有效載荷設(shè)備面板316也包括一個(gè)或多個(gè)安裝在其內(nèi)側(cè)的內(nèi)部加強(qiáng)筋334。在圖5中，一對(duì)內(nèi)部加強(qiáng)筋334利用太陽(yáng)能電池板配件362相互連接。然而，每個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)筋334可以形成整體的結(jié)構(gòu)以增加有效載荷設(shè)備面板316的剛度。
[0083]在一個(gè)實(shí)施例中，有效載荷設(shè)備面板316可以利用一個(gè)或多個(gè)從中心圓柱體150延伸的支架來(lái)支撐。例如，每個(gè)有效載荷設(shè)備面板316可以通過(guò)一對(duì)從中心圓柱體150的內(nèi)環(huán)206的界面位置352延伸出的有效載荷設(shè)備面板支架318來(lái)支撐。有效載荷設(shè)備面板支架318抵抗平面外彎曲來(lái)支撐有效載荷設(shè)備面板316。有效載荷設(shè)備面板316可以被配置為安裝多個(gè)不同部件或設(shè)備(未示出)，例如在有效載荷設(shè)備面板316的內(nèi)側(cè)。雖然未示出，這樣的部件或設(shè)備包括:遙測(cè)和航天器的控制部件；通信部件，如接收器、發(fā)射器、和轉(zhuǎn)化器；及其它部件。[0084]在圖5中，模塊結(jié)構(gòu)302包括頂端板326和底端板330，它們定位在模塊結(jié)構(gòu)302的相對(duì)端。例如，頂端板326和底端板330可以機(jī)械地連接到圓柱體頂端152的前端環(huán)202。底端環(huán)330可以機(jī)械地連接到(未示出)靠近圓柱體底端154的外環(huán)208或者圓柱體底端154的尾端環(huán)204。中心圓柱體150的每個(gè)側(cè)面上的有效載荷設(shè)備面板316可以連接頂端板326和底端板330，且在之間可延伸。在所示的實(shí)施例中，頂端板326和底端板330通常是平面的形狀，可以被定向?yàn)楸舜嘶ハ嗥叫星掖怪庇诤教炱?46的縱軸116。然而，頂端板326和底端板330也可選擇其它的形狀(如，非平面)和配置成不限于圖示中所示的結(jié)構(gòu)。
[0085]在圖5中，在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)剛性板314、頂端板326、底端板330、和垂直剪切板340可以由復(fù)合材料所形成，例如纖維增強(qiáng)聚合物基材料180。例如，剛性板314、頂端板326、底端板330、和垂直剪切板340可以采用重量輕、剛性復(fù)合材料夾芯184結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料夾芯184結(jié)構(gòu)包括芯層(未不出),它夾在纖維增強(qiáng)面層(未不出)之間。芯層包括多孔材料，如泡沫、鋁蜂窩體、芳族聚酰胺、玻璃纖維、或者由其它芯材所形成。面層是由壓層復(fù)合材料層所形成，如壓層石墨復(fù)合面層。然而，模塊結(jié)構(gòu)302的結(jié)構(gòu)部件中的一個(gè)或多個(gè)也可以由金屬材料、或其它材料、或者它們的組合所形成。
[0086]在圖5中，所示的實(shí)施例中，模塊結(jié)構(gòu)302包括一個(gè)或多個(gè)支架，連接頂端板326和底端板330到中心圓柱體150，沿著模塊結(jié)構(gòu)302開(kāi)放的側(cè)面308上的頂端板326和底端板330的邊緣以軸向支撐。例如，借助于在中心圓柱體150內(nèi)環(huán)206或外環(huán)(未示出)的位置處從每一個(gè)中心圓柱體150的側(cè)面延伸出的一個(gè)或多個(gè)頂板支架328，模塊結(jié)構(gòu)302開(kāi)放的側(cè)面308上的頂端板326的邊緣可以連接到中心圓柱體150。類(lèi)似地，借助于在內(nèi)環(huán)206或外環(huán)208處的從頂端板326的邊緣延伸到每一個(gè)中心圓柱體150的側(cè)面上的一個(gè)或多個(gè)天線支撐332，底端板330可以連接(未示出)到中心圓柱體。頂板支架328和天線支架332可以抵抗軸向載荷104來(lái)提供支撐到頂端板326和底端板330。
[0087]圖6是在一個(gè)實(shí)施例中航天器146的側(cè)視圖，其中，圓柱體底端154終止于底端板330，錐形的有效載荷連接適配器112從圓柱體底端154向下延伸。有效載荷連接適配器112確定的尺寸和結(jié)構(gòu)可以與運(yùn)載火箭100 (見(jiàn)圖1)釋放地連接。圖6也示出了在多個(gè)界面位置352連接模塊結(jié)構(gòu)302到中心圓柱體150的多個(gè)支架。頂端板326和底端板330所示的定向通常是相互平行的，且安裝在中心圓柱體150的相對(duì)端。然而，模塊結(jié)構(gòu)302可以提供附加的面板(未顯示)，它們垂直于縱軸116且沿著中心圓柱體150的長(zhǎng)度在不同位置進(jìn)行定位。在這方面，模塊結(jié)構(gòu)302并不限于單個(gè)頂端板326和單個(gè)底端板330，它可以包括一個(gè)或多個(gè)中間板(未示出)用于連接有效載荷設(shè)備面板316到中心圓柱體150。
[0088]圖9是圖6的航天器146的另一側(cè)的視圖，且示出了一對(duì)頂板支架328，聯(lián)接頂端板326到圓柱體頂端152。頂板支架328從頂端板326 (如，在頂端板326的外邊緣)延伸到在中心圓柱體150的側(cè)面的增強(qiáng)環(huán)(如，內(nèi)部環(huán)206)的位置處的界面位置352。類(lèi)似地，一個(gè)或多個(gè)天線支架332可以連接底端板到圓柱體底端154。天線支架332可以從底端板330 (如，在底端板330的外邊緣)延伸到中心圓柱體150的側(cè)面的增強(qiáng)環(huán)206 (如，內(nèi)部環(huán))的位置處的界面位置352。天線支架332可以沿著軸向?yàn)榈锥税?30和位于底端板330的相對(duì)側(cè)面上的天線桿接頭376提供支撐。
[0089]圖7和圖8是具有四(4)個(gè)模塊側(cè)面304的航天器146在一個(gè)實(shí)施例中的截面圖，其包括兩(2)個(gè)開(kāi)放的側(cè)面308和兩(2)個(gè)封閉的側(cè)面306。封閉的側(cè)面306可以采用上述中的有效載荷設(shè)備面板316來(lái)進(jìn)行封閉。開(kāi)放的側(cè)面308可以沒(méi)有如上述的剛性結(jié)構(gòu)件，其可以有利的允許進(jìn)入到航天器146內(nèi)部的部件，如在裝配、測(cè)試、和集成過(guò)程中。在發(fā)射前，開(kāi)放的側(cè)面308可以利用非剛性封閉件310 (見(jiàn)圖3)來(lái)覆蓋，如柔性的隔熱毯312。在圖8中還示出了垂直剪切板340連接有效載荷設(shè)備面板316到中心圓柱體150。如上文所指出的，中心圓柱體150沿航天器146的縱軸116 (見(jiàn)圖7)從航天器146的頂部到具有運(yùn)載火箭(見(jiàn)圖1)的界面(見(jiàn)圖1)提供了唯一的封閉截面120，其有利地最大限度的減少了航天器146相對(duì)于傳統(tǒng)航天器的質(zhì)量。
[0090]再一次參考圖9，有效載荷設(shè)備面板支架318從中心圓柱體150上的界面位置352延伸到有效載荷設(shè)備面板316的垂直邊緣上的拐角梁322，用于抵抗面外彎曲來(lái)支撐有效載荷設(shè)備面板316及抵抗扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)穩(wěn)定有效載荷設(shè)備面板316。有效載荷設(shè)備面板316包括一個(gè)或多個(gè)在其每一個(gè)的內(nèi)側(cè)的面板內(nèi)部加強(qiáng)筋334，用于增強(qiáng)有效載荷設(shè)備面板316在太陽(yáng)能電池板配件362的位置處的硬度和剛度。在這方面，面板內(nèi)部加強(qiáng)筋334可以幫助穩(wěn)定太陽(yáng)能電池板配件362。
[0091]圖10是在一個(gè)實(shí)施例中的中心圓柱體150的透視圖。中心圓柱體150包括用于聯(lián)接中心圓柱體150到頂端板326的前端環(huán)202。中心圓柱體150可以包括用于連接中心圓柱體150到底端板330的外部環(huán)208。圓柱體底端154可以經(jīng)過(guò)底端板330向下突出，且終止在尾端環(huán)204。在如圖6-7所示的可替代的實(shí)施例中，如前所述，圓柱體底端154包括多個(gè)增強(qiáng)環(huán)200，如內(nèi)部環(huán)206和/或外部環(huán)208，它們可通過(guò)粘合劑粘結(jié)和/或機(jī)械緊固使其固定地連接到中心圓柱體150。增強(qiáng)環(huán)200可以沿著中心圓柱體150的長(zhǎng)度定位在一個(gè)或多個(gè)位置，從而增加中心圓柱體的強(qiáng)度和/或容納中心圓柱體150上的局部載荷。
[0092]在一個(gè)實(shí)施例中，中心圓柱體150可以由纖維增強(qiáng)聚合物基體材料180所組成。例如，中心圓柱體150可以利用多個(gè)壓層復(fù)合層形成的固體壓層182來(lái)形成。所提供的固體壓層182可以是所需的厚度以承受軸向、彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷104、106、108 (見(jiàn)圖1)。該中心圓柱體150可以是由未固化或預(yù)固化復(fù)合材料到一個(gè)心軸上所形成。未固化或預(yù)固化復(fù)合材料包括預(yù)浸潰增強(qiáng)纖維材料(如，預(yù)浸潰體)和/或樹(shù)脂灌注的復(fù)合材料聚合物基質(zhì)。復(fù)合材料包括碳纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維、或其他的單向性的纖維類(lèi)型，編織、切削、或以其它纖維安排來(lái)提供。復(fù)合材料包括聚合物基材或樹(shù)脂基材，如環(huán)氧樹(shù)脂或其它樹(shù)脂?；陌峁绦詷?shù)脂，或該樹(shù)脂基質(zhì)包括熱塑形樹(shù)脂。
[0093]在未示出的可替代的一實(shí)施例中，中心圓柱體150可以由類(lèi)似于剛性板314和/或垂直剪切板340的復(fù)合夾層184結(jié)構(gòu)的復(fù)合夾層184結(jié)構(gòu)來(lái)形成。例如，壓層的面層188可以是由類(lèi)似于前述的固體壓層182的增強(qiáng)聚合物基材的增強(qiáng)纖維聚合物基體180所組成。在一個(gè)實(shí)施例中，壓層的面層188可以是由多個(gè)壓層復(fù)合層形成的碳纖維復(fù)合材料所形成，但是該復(fù)合材料也可以由其他形式的纖維所形成，而并不限于碳纖維。芯層186可以由多孔材料，如泡沫、蜂窩、或其它具有定向的孔的芯材，通常垂直于面層188所形成。在一個(gè)實(shí)施例中，芯層186包括由鋁、芳族聚酰胺、玻璃纖維、或者由其它材料形成的蜂窩狀芯體。
[0094]圖11是圖10中的中心圓柱體150的截面圖，其示出了安裝在中心圓柱體150上的前端環(huán)202、尾端環(huán)304、內(nèi)部環(huán)206和外部環(huán)208。同樣也示出了安裝在中心圓柱體150內(nèi)的推進(jìn)劑貯箱220。有利的是，安裝的推進(jìn)劑貯箱220在中心圓柱體150內(nèi)側(cè)，而不是在中心圓柱體150的外側(cè)，這樣可以減少被用于需要在測(cè)試和集成中更加頻繁的訪問(wèn)安裝航天器部件的體積。另外，安裝的推進(jìn)劑貯箱220在中心圓柱體150內(nèi)側(cè)，而不是在中心圓柱體150的外側(cè)，可以避免阻止訪問(wèn)航天器部件。在一個(gè)實(shí)施例中，推進(jìn)劑貯箱220的頂部可以利用連接到內(nèi)部環(huán)206的上支撐222來(lái)支撐。推進(jìn)劑貯箱220的底部可以利用聯(lián)接到圓柱體底端1154處的尾端環(huán)204的錐形箱下支撐224來(lái)支撐。推進(jìn)劑貯箱220包含有推進(jìn)劑的推進(jìn)劑系統(tǒng)(未示出)，用于插入軌道，和/或使航天器146的站保持，和/或航天器146的姿態(tài)控制。
[0095]圖12是一種裝配航天器146的方法400的流程圖。該方法包括步驟402，其提供具有多個(gè)模塊側(cè)面304的模塊結(jié)構(gòu)302。在一個(gè)實(shí)施例中，航天器146被配置成三軸穩(wěn)定航天器。然而，航天器146也可以被配置成旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定航天器。在一個(gè)實(shí)施例中，航天器146可以包括具有開(kāi)放的側(cè)面308和封閉的側(cè)面306的電子模塊300。封閉的側(cè)面306可以被封閉或使用配置成如有效負(fù)載裝備面板316的剛性板314來(lái)覆蓋。
[0096]圖12的方法400中的步驟404包括延伸中心圓柱體150通過(guò)航天器146的中心。中心圓柱體150可以包括沿航天器146縱軸116延伸的唯一的封閉的截面120，其可以為航天器提供相當(dāng)大一部分(如，全部)的軸向、彎曲、和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度。中心圓柱體150可以具有基本恒定的壁厚的基本恒定的橫截面，以簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、分析、制造、和測(cè)試該航天器146。在一個(gè)實(shí)施例中，中心圓柱體150由增強(qiáng)纖維聚合物集體180所支撐，但是中心圓柱體150也可以由金屬材料或復(fù)合材料與金屬材料的組合來(lái)形成。
[0097]圖12的方法400中的步驟406包括從模塊結(jié)構(gòu)302的開(kāi)放的側(cè)面308省略剛性結(jié)構(gòu)件。所省略的開(kāi)放的側(cè)面的308省略剛性結(jié)構(gòu)件可以在如裝配、測(cè)試和集成過(guò)程中，允許不受限制的訪問(wèn)到航天器146的內(nèi)部。訪問(wèn)航天器146內(nèi)部可以顯著的減少在測(cè)試過(guò)程中的返工或更換部件所需的時(shí)間。航天器146封閉的側(cè)面306可以使用剛性板314來(lái)覆蓋，其中剛性板314是利用從中心圓柱體150的相對(duì)的側(cè)面徑向向外延伸的垂直剪切板340連接到中心圓柱體150。頂端板326和底端板330也可以連接剛性板314到中心圓柱體150。
[0098]圖12的方法400中的步驟408包括使用至少一個(gè)非剛性的封閉件310來(lái)覆蓋至少部分開(kāi)放的側(cè)面308。開(kāi)放的側(cè)面308可以在發(fā)射前利用非剛性封閉件(見(jiàn)圖3)，如隔熱毯312來(lái)進(jìn)行覆蓋。隔熱毯312可以可移除地固定到模塊結(jié)構(gòu)302，如沿著拐角梁332和沿著頂端板326與底端板330。
[0099]圖12的方法400中的步驟410包括把推進(jìn)劑貯箱220安放到中心圓柱體150內(nèi)。正如前文所指出的，中心圓柱體150包括用于連接推進(jìn)劑貯箱220到中心圓柱體150的內(nèi)部環(huán)206。推進(jìn)劑貯箱220的較低端可以借助于錐形箱下支撐224連接到中心圓柱體150。它可以固定地連接到中心圓柱體150的尾端環(huán)204。
[0100]對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的其他的修改和改進(jìn)是明顯的。因此，本文所描述和說(shuō)明部分的特別的組合意在表示本發(fā)明僅有的某些實(shí)施例，并不意在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)作為選擇的實(shí)施例或設(shè)備的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種航天器(146)，其包括: 航天器(146)的模塊結(jié)構(gòu)(302)，其具有多個(gè)模塊側(cè)面(304)； 延伸通過(guò)所述航天器(146)的中心的中心圓柱體(150)； 所述中心圓柱體(150)是沿所述航天器(146)的縱軸線(116)延伸的唯一的封閉橫截面(120)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器(146)，還包括: 安放在中心圓柱體(150)內(nèi)的推進(jìn)劑貯箱(220)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的航天器(146)，其中: 所述模塊結(jié)構(gòu)(302)包括一對(duì)隔開(kāi)的剛性板(314)，所述一對(duì)隔開(kāi)的剛性板(314)被定位在中心圓柱體(150)的相對(duì)側(cè)面上并封閉一對(duì)相對(duì)的所述模塊側(cè)面(304)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的航天器(146)，其中: 所述模塊結(jié)構(gòu)(302)包括開(kāi)放的側(cè)面(308)，而沒(méi)有延伸穿過(guò)所述開(kāi)放的側(cè)面(308)的一個(gè)或更多個(gè)剛性結(jié)構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的航天器(146)，還包括: 至少一個(gè)非剛性封閉件(310)，其覆蓋開(kāi)放的側(cè)面(308)的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的航天器(146)，其中: 所述模塊結(jié)構(gòu)(302)包括聯(lián)接剛性板(314)到所述中心圓柱體(150)的豎直剪切板(340)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的航天器(146)，其中: 所述模塊結(jié)構(gòu)(302)包括安裝在所述模塊結(jié)構(gòu)(302)相對(duì)端的頂端板(326)和底端板(330);并且 每個(gè)剛性板在所述頂端板(326)和所述底端板(330)之間延伸并相互連接所述頂端板(326)和所述底端板(330)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的航天器(146)，還包括: 至少一個(gè)天線(700)，其聯(lián)接到至少一個(gè)所述模塊側(cè)面(304)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的航天器(146)，還包括: 至少一個(gè)太陽(yáng)能電池板(354)，其聯(lián)接到至少一個(gè)所述模塊側(cè)面(304)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的航天器(146)，還包括: 被至少一個(gè)所述模塊側(cè)面(304)包括的基本平坦的熱輻射板(320)。
11.一種裝配航天器(146)的方法，包括以下步驟: 提供具有多個(gè)模塊側(cè)面(304)的航天器(146)的模塊結(jié)構(gòu)(302)； 使中心圓柱體(150)延伸通過(guò)所述航天器(146)的中心； 所述中心圓柱體(150)是沿所述航天器(146)的縱軸線(116)延伸的唯一的封閉橫截面(120)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟: 定位一對(duì)間隔開(kāi)的剛性板(314)到所述中心圓柱體(150)的相對(duì)側(cè)面上；和 使用所述剛性板(314)封閉一對(duì)相對(duì)的所述模塊側(cè)面(304)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或者12所述的方法，還包括以下步驟: 使用豎直剪切板(340)聯(lián)接剛性板(314)到所述中心圓柱體(150)；安裝被安裝在所述模塊結(jié)構(gòu)(302)的相對(duì)端上的頂端板(326)和底端板(330);及使用至少一個(gè)剛性板(3 14)使所述頂端板(326)和所述底端板(330)相互連接。
【文檔編號(hào)】B64G1/10GK104015937SQ201410067236
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】R·W·阿斯頓, A·M·托馬茲斯卡 申請(qǐng)人:波音公司