航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，包括多功能結(jié)構(gòu)單元、電源管理單元、數(shù)據(jù)處理單元和放電負載單元。多功能結(jié)構(gòu)單元集承載、供電、減振等功能于一體；電源管理單元控制充/放電操作，實時檢測及調(diào)整電源模塊的電性能參數(shù)，并將其傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；數(shù)據(jù)處理單元獲取系統(tǒng)運行的機/電性能參數(shù)，并通過遙測與數(shù)傳接口提交給航天器平臺，最終傳回地面；放電負載單元在電源管理單元控制下耗用電能。該系統(tǒng)將航天器結(jié)構(gòu)與電源等多功能融合，并集電源充/放電管理、結(jié)構(gòu)力學(xué)/電性能監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理及傳輸?shù)葹橐惑w，能系統(tǒng)地執(zhí)行從遙控指令接收到多功能實現(xiàn)、再到狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)管理與傳輸?shù)热蝿?wù)過程。
【專利說明】
航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天器結(jié)構(gòu)與設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜 合管理與操控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，航天器對其有效載荷比和可利用空間提出了越來越高的要求，為此，多功能 結(jié)構(gòu)技術(shù)在航天領(lǐng)域逐漸受到重視并走向應(yīng)用。多功能結(jié)構(gòu)技術(shù)是把數(shù)據(jù)處理、福射防護、 熱控、蓄電等功能與航天器自身結(jié)構(gòu)有機融合為一體的一項技術(shù)，通過采用結(jié)構(gòu)、功能和材 料的一體化設(shè)計，消除大量冗余質(zhì)量和體積，從而顯著提升航天器的載荷/質(zhì)量比、載荷/體 積比W及功能/結(jié)構(gòu)比。
[0003] 然而，對于一個具體的多功能結(jié)構(gòu)，要想實現(xiàn)其在航天器上的順利、正常工作，需 要對其在軌工作過程進行管理和控制，同時需要對其在軌工作狀態(tài)進行監(jiān)測。因此，急需研 制一套在軌管理與操控系統(tǒng)，W對航天器多功能結(jié)構(gòu)進行有效管理與控制。截止目前，在國 內(nèi)外還沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于此類管理與操控系統(tǒng)的文獻報道或工程應(yīng)用先例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了實現(xiàn)多功能結(jié)構(gòu)在航天器上正常工作，本發(fā)明提供了一種航天器在軌多功能 結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -種航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，包括多功能結(jié)構(gòu)單元、電源管 理單元、數(shù)據(jù)處理單元和放電負載單元。其中，所述多功能結(jié)構(gòu)單元由主結(jié)構(gòu)模塊、四個可 充/放電源模塊、減振系統(tǒng)W及傳感器模塊組成，所述電源管理單元與可充/放電源模塊連 接，控制可充/放電源模塊的充電和放電操作，同時實時檢測調(diào)整可充/放電源模塊的各電 性能參數(shù)，并將可充/放電源模塊的各電性能參數(shù)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元，并將自身工作狀態(tài) 參數(shù)通過其自身的遙測接口直接提交到航天器平臺；所述數(shù)據(jù)處理單元與傳感器模塊連 接，通過傳感器模塊獲取多功能結(jié)構(gòu)單元運行時的機械性能參數(shù)與電性能參數(shù)，并通過其 自身的遙測接口與數(shù)傳接口，將采集的數(shù)據(jù)提交給航天器平臺，最終傳回地面測控平臺；所 述放電負載單元與電源管理單元連接，能夠在電源管理單元的控制下耗用電源模塊的能 量。
[0007] 本發(fā)明中，所述主結(jié)構(gòu)模塊包括框架、上蓋板和下蓋板;其中，所述框架的整體外 形呈田字構(gòu)型，具有四個方格空腔，所述框架具有關(guān)于x、y和Z =軸的全方位對稱性;所述下 蓋板固定于所述框架的底面;所述上蓋板固定于所述框架的頂面;所述框架、上蓋板和下蓋 板一同組成主承力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)承載的功能；
[000引所述可充/放電源模塊包括4個，分別記為可充/放電源模塊I、可充/放電源模塊 n、可充/放電源模塊m和可充/放電源模塊IV;每個可充/放電源模塊通過彈性支撐結(jié)構(gòu)W 嵌埋方式設(shè)置于框架、上蓋板W及下蓋板所形成的封閉方格空腔內(nèi)，且框架內(nèi)的每個方格 空腔內(nèi)唯一安裝一個可充/放電源模塊;可充/放電源模塊的正、負極線通過強電電纜引出， 連接到設(shè)置于所述框架的外側(cè)壁的強電電連接器上形成充放電接口；所述可充/放電源模 塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng)振子消耗振動能量的功能。
[0009] 每個可充/放電源模塊的四周與用于容納該可充/放電源模塊的方格空腔壁之間 設(shè)置有彈性塊。每個可充/放電源模塊的底面與所述下蓋板之間設(shè)置有彈性墊。每個可充/ 放電源模塊的頂面與所述上蓋板之間也設(shè)置有彈性墊?？沙?放電源模塊、彈性塊和彈性墊 構(gòu)成減振系統(tǒng)，相當(dāng)于"彈黃-振子"模型。其中，所述彈性塊和所述彈性墊相當(dāng)于具有一定 剛度和阻尼的彈性支撐;所述可充/放電源模塊相當(dāng)于具有一定質(zhì)量的振子，該減振系統(tǒng)一 方面通過彈性支撐的變形吸振耗能，另一方面由作為振子的可充/放電源模塊將結(jié)構(gòu)振動 能量轉(zhuǎn)化為振子動能的方式來消耗振動能量，二者綜合作用的結(jié)果降低了振動在多功能結(jié) 構(gòu)中的傳遞，并有效管理可充/放電源模塊的力學(xué)環(huán)境；
[0010] 所述傳感器模塊包括若干個溫度傳感器和若干個加速度傳感器；其中，所述若干 個溫度傳感器分別設(shè)置于可充/放電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測相應(yīng)可充/放電源模 塊的溫度;所述若干個加速度傳感器分別設(shè)置于所述框架的內(nèi)壁、上蓋板的內(nèi)壁W及所述 下蓋板的內(nèi)壁，用于測量所述框架、上蓋板和所述下蓋板的振動情況，為多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi) 部的電能與振動管理提供了檢測與監(jiān)控手段。
[0011] 此外，所述多功能結(jié)構(gòu)單元還具有2路弱電接口，分別為溫度信號輸出接口和加速 度信號輸出接口，它們均采用弱電電纜與數(shù)據(jù)處理單元相連接。
[0012] 本發(fā)明中，可W通過將位置相鄰的2個可充/放電源模塊進行串聯(lián)，得至順組相同 輸出電壓的電源，分別稱為主份電源和備份電源;所述主份電源和備份電源各具有1路充放 電接口，充放電接口為強電接口，所述主份電源和備份電源各自通過其充放電接口采用強 電電纜與電源管理單元相連接。
[0013] 本發(fā)明中，所述電源管理單元包括充電調(diào)節(jié)器模塊、放電調(diào)節(jié)器模塊、調(diào)理電路模 塊和輔助源電路，具有充電控制、放電控制、主/備份電源切換和電壓/電流檢測調(diào)理功能； 用于多功能結(jié)構(gòu)單元在軌運行時的充電/放電管理，并利用內(nèi)部集成的檢測調(diào)理電路，協(xié)助 放電負載單元獲取多功能結(jié)構(gòu)單元中的裡電池在軌運行的電性能參數(shù)。
[0014] 所述電源管理單元具有2路充放電接口和1路指令接口，2路充放電接口分別連接 到電源模塊的主份電源和備份電源，1個指令接口接收航天器發(fā)送的控制指令，電源管理單 元控制放電負載單元對主份電源或者備份電源進行放電。
[0015] 本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)處理單元包括電源模塊、CPU控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù) 處理單元采集、處理和傳輸多功能結(jié)構(gòu)單元在發(fā)射階段及在軌運行期間的機械性能參數(shù)和 電壓、電流等電性能參數(shù)，獲取多功能結(jié)構(gòu)單元的振動特性、驗證多功能結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)支 撐性能和基本電性能。
[0016] 本發(fā)明中，所述放電負載單元可W采用任意形式的負載，耗用多功能結(jié)構(gòu)單元的 電能。如所述放電負載單元采用多路加熱片的方式實現(xiàn)，用于消耗多功能結(jié)構(gòu)單元的電能。
[0017] 本發(fā)明中，所述多功能結(jié)構(gòu)單元可通過螺釘連接方式安裝在航天器艙板上，也可 直接作為航天器艙板或隔板使用。所述電源管理單元和數(shù)據(jù)處理單元均安裝于航天器本體 艙內(nèi)。所述放電負載單元可采用熱導(dǎo)膠貼裝在航天器艙壁上或螺接等其它方式安裝在航天 器本體艙內(nèi)，并通過電纜與電源管理單元相連接。
[0018] 進一步的，可在所述多功能結(jié)構(gòu)單元底面上安裝相變裝置，該多功能結(jié)構(gòu)與相變 裝置之間可用絕緣膜隔離;所述絕緣膜采用聚酷亞胺材料制成;所述相變裝置是通過將正 十六燒灌裝在金屬殼中而制成，用于對多功能結(jié)構(gòu)單元進行被動熱控。
[0019] 通過采用上述技術(shù)方案，形成了一種航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系 統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供電源管理和測控接口功能，可實現(xiàn)對多功能結(jié)構(gòu)內(nèi)部電源模塊的充電/放 電控制，可監(jiān)測電源模塊的電壓和電流信號，同時還可通過驅(qū)動多功能結(jié)構(gòu)內(nèi)部的加速度 傳感器和溫度傳感器，來監(jiān)測并分析其減振特性和熱特性。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:將航天器結(jié)構(gòu)與電源等多功能融合，并集電 源充/放電管理、結(jié)構(gòu)力學(xué)性能監(jiān)測、電性能監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理及傳輸?shù)葹橐惑w，能夠系統(tǒng)地執(zhí) 行從遙控指令接收到多功能實現(xiàn)、再到狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)管理與傳輸?shù)热蝿?wù)過程，且體積小、 重量輕、功能密度高，解決了航天器內(nèi)部空間局限、重量限制等與其對多功能、長壽命等要 求日益提高的尖銳矛盾。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0022] 圖2為多功能結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖3為電源管理單元的結(jié)構(gòu)組成圖。
[0024] 圖4為數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)組成圖。
[0025] 圖5為放電負載單元的連接關(guān)系圖。
[0026] 圖6為本發(fā)明航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)在航天器內(nèi)部的一種安 裝位置示意圖。
[0027] 圖7為本發(fā)明航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)在航天器內(nèi)部的另一種 安裝位置示意圖。
[002引圖中標號說明：
[0029] 1、多功能結(jié)構(gòu)單元;2、電源管理單元;3、數(shù)據(jù)處理單元;4、放電負載單元;5、框架； 6、上蓋板;7、下蓋板;8、可充/放電源模塊I; 9、可充/放電源模塊II; 10、可充/放電源模塊 III; 11、可充/放電源模塊IV; 12、彈性塊;13、彈性墊。
[0030] 圖中符號說明：
[00川 MFSU--多功能結(jié)構(gòu)單元；BMU--電源管理單元；DPU--數(shù)據(jù)處理單元； 化U--放電負載單兀;BCR--充電調(diào)節(jié)器模塊;BDR--放電調(diào)節(jié)器模塊;APS--輔助源 電路。
【具體實施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，W下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用W 解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0033] 為了綜合管理和操控航天器電能與力學(xué)環(huán)境管理多功能結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提出了一種 航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)。
[0034] 結(jié)合圖1-圖7,本發(fā)明提供的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，包括多 功能結(jié)構(gòu)單元1、電源管理單元2、數(shù)據(jù)處理單元3和放電負載單元4,能夠系統(tǒng)地執(zhí)行從遙控 指令接收到多功能實現(xiàn)、再到狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)管理與傳輸?shù)热蝿?wù)過程。
[0035] W下對各組成部分作詳細介紹：
[0036] (一)多功能結(jié)構(gòu)單元
[0037] 所述多功能結(jié)構(gòu)單元1是航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)的核屯、工作 部件，具有結(jié)構(gòu)承載、減振、供電與蓄電、振動及溫度測量等功能。圖2為多功能結(jié)構(gòu)單元1的 結(jié)構(gòu)示意圖，包括主結(jié)構(gòu)模塊、四個可充/放電源模塊、減振系統(tǒng)W及傳感器模塊等四個部 分。
[003引1、多功能結(jié)構(gòu)單元
[0039] 所述多功能結(jié)構(gòu)單元包括框架5、上蓋板6和下蓋板7;下蓋板7固定于框架5的底 面;上蓋板6固定于框架5的頂面;框架5呈"曲'字構(gòu)型，具有上下、左右及前后方向上的結(jié)構(gòu) 對稱性?？蚣?連同上蓋板6、下蓋板7-起組成主承力結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)承載的功能。
[0040] 所述框架5包括位于四周的邊框W及位于框架內(nèi)部的龍骨，邊框W及龍骨均采用 空屯、方管連接裝配而成。所述空屯、方管是采用碳纖維復(fù)合材料鋪層制作而成，其鋪層方式 為[±45/0/±45]2s。所述空屯、方管之間通過十字型接頭、L型結(jié)構(gòu)或者T型接頭相互組裝連 接形成邊框W及龍骨進而形成框架。為了增強空屯、方管與十字型接頭、L型結(jié)構(gòu)W及T型接 頭之間連接的可靠性，所述十字型接頭、L型結(jié)構(gòu)W及T型接頭與與其連接的空屯、方管之間 均采用膠粘劑進行粘接。
[0041] 所述上蓋板6、下蓋板7均采用夾忍結(jié)構(gòu)，所述上、下蓋板均包括上蒙皮、夾忍格板 和下蒙皮，上蒙皮和下蒙皮分別鋪蓋固定在夾忍框架的上、下表面上，上下蒙皮與夾忍格板 之間均采用膠粘劑進行連接，并控制膠粘劑所在的粘接膠層的厚度在0.1 mm~0.2mm的范圍 內(nèi)，并采用J47膠膜作為膠粘劑。所述夾忍格板采用筋條形式，夾忍框架包括邊框W及邊框 內(nèi)均勻呈橫向或縱向排列的多條筋肋。
[0042] 此外，上蓋板6和下蓋板7上還打有多個排氣孔，W用作工藝過程和真空環(huán)境下內(nèi) 部氣體的排出通道。
[0043] 2、可充/放電源模塊
[0044] 所述可充/放電源模塊共計4個，分別記為可充/放電源模塊18、可充/放電源模塊 n 9、可充/放電源模塊虹10和可充/放電源模塊IV11;可充/放電源模塊可采用裡電池，更優(yōu) 選的，可采用固態(tài)裡電池;每個可充/放電源模塊W嵌埋的方式設(shè)置于框架5與上下蓋板6、7 所形成的封閉方格空腔內(nèi)。并且，每個方格空腔內(nèi)唯一安裝1個可充/放電源模塊;可充/放 電源模塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng)振子消耗振動能量的功能。
[0045] 本實施例中，將位置相鄰的2個可充/放電源模塊進行串聯(lián)，得到兩組相同輸出電 壓的電源，分別稱為主份電源和備份電源;主份電源和主備份電源各具有1路充放電接口， 該充放電接口為強電接口，采用強電電纜與電源管理單元2相連接。
[0046] 在可充/放電源模塊內(nèi)部還引出若干電壓檢測線，并焊接到安裝于框架5外側(cè)壁的 電連接器上，形成一個用于檢測每個可充/放電源模塊分級電壓信號的檢測接口。
[0047] 可充/放電源模塊還進一步連接外置的電源管理單元2,可W實現(xiàn)恒流充/放電或 恒壓充/放電，同時充/放電速度可控，從而有效實現(xiàn)對電能的管理。
[004引 3、減振系統(tǒng)
[0049] 所述充/放可充/放電源模塊與框架5、上蓋板6W及下蓋板7之間設(shè)有彈性支撐件。 所述彈性支撐件包括彈性塊12和彈性墊13,所述彈性塊12和彈性墊13均采用K216娃橡膠材 料支撐。
[0050] 在每個可充/放電源模塊的四周與用于容納該可充/放電源模塊的方格空腔壁之 間設(shè)置有彈性塊12;每個可充/放電源模塊的底面與下蓋板7之間設(shè)置有彈性墊13,每個可 充/放電源模塊的底面與上蓋板6之間也設(shè)置有彈性墊13;可充/放電源模塊、彈性塊12和彈 性墊13構(gòu)成減振系統(tǒng)，相當(dāng)于"彈黃-振子"模型，其中，彈性塊12和彈性墊13相當(dāng)于具有一 定剛度和阻尼的彈性支撐;可充/放電源模塊相當(dāng)于具有一定質(zhì)量的振子。該減振系統(tǒng)一方 面通過彈性支撐的變形吸振耗能，另一方面由作為振子的可充/放電源模塊將結(jié)構(gòu)振動能 量轉(zhuǎn)化為振子動能的方式來消耗振動能量，二者綜合作用的結(jié)果降低了振動在多功能結(jié)構(gòu) 單元中的傳遞，并有效管理可充/放電源模塊的力學(xué)環(huán)境。
[0051] 彈性塊12和彈性墊13既具有結(jié)構(gòu)支撐可充/放電源模塊的功能，還可通過自身彈 性變形達到耗散一部分振動能量的作用，具有保護可充/放電源模塊的功能，同時還具有可 充/放電源模塊絕緣與散熱的功能。
[0052] 彈性塊12呈長方體形狀，其兩端分別與框架5的內(nèi)側(cè)面和可充/放電源模塊的外側(cè) 面W面接觸方式相接，不存在固接關(guān)系；彈性墊13呈井字構(gòu)型，一面通過膠粘劑與上蓋板6 的下表面和下蓋板7的上表面粘接在一起，而另一面僅W面接觸方式與可充/放電源模塊的 表面相接，不存在固接關(guān)系;安裝好后的彈性塊12和彈性墊13均處于預(yù)壓緊狀態(tài)，具有結(jié)構(gòu) 支撐作用，可使得靜止?fàn)顟B(tài)下的可充/放電源模塊在框架5內(nèi)部保持位置確定。
[0053] 在框架5的內(nèi)側(cè)，在每個彈性塊12兩側(cè)根部界限處的位置，均采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘接 有限位塊，用于對彈性塊12進行限位。
[0化4] 4、傳感器模塊
[0055]所述傳感器模塊包括多個溫度傳感器和多個加速度傳感器;其中，溫度傳感器設(shè) 置于可充/放電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測可充/放電源模塊的溫度;加速度傳感器 設(shè)置于框架5的內(nèi)壁、上蓋板6的內(nèi)壁和下蓋板7的內(nèi)壁，用于測量框架5、上蓋板6和下蓋板7 的振動情況，為多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部電能與振動管理提供了檢測與監(jiān)控手段。
[0化6](二）電源管理單元
[0057]電源管理單元2是航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)的重要組成部分， 能夠為航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與調(diào)控系統(tǒng)提供充/放電控制、主備電源控制與檢 測調(diào)理等功能。具體地，電源管理單元2接收航天器平臺的遙控指令，利用航天器母線電源 和放電負載單元4,對多功能結(jié)構(gòu)單元1中的可充/放電源模塊進行充電和放電操作；同時， 電源管理單元2檢測并調(diào)理可充/放電源模塊的電性能參數(shù)(包括電壓、電流信號），提交給 數(shù)據(jù)處理單元3和航天器，并將自身工作狀態(tài)參數(shù)通過直接遙測接口提交航天器平臺。
[005引參照圖3為電源管理單元的結(jié)構(gòu)組成圖。電源管理單元電源管理單元2包括充電調(diào) 節(jié)器模塊BCR、放電調(diào)節(jié)器模塊抓R、調(diào)理電路模塊、輔助源電路APS(包含在各個模塊中）構(gòu) 成。充電單元模塊BCR主要由主功率電路、保護電路、采樣電路、充電控制和功率驅(qū)動電路W 及供電電路等組成;放電調(diào)節(jié)器模塊抓R主要由濾波電路、保護電路、放電控制電路和供電 電路組成；調(diào)理電路模塊主要對每節(jié)電池與地之間進行相應(yīng)的補償，使流過每節(jié)單體電池 的電流一致;輔助源電路AI^具有輸入欠壓保護、輸入過流保護、輸出過壓保護等保護功能。
[0化9] (S)數(shù)據(jù)處理單元
[0060] 數(shù)據(jù)處理單元3是航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)的另一個重要組成 部分，其從航天器平臺獲取IOOV DC的母線電源和控制指令，通過傳感器和檢測調(diào)理電路獲 取多功能結(jié)構(gòu)單元1運行時的機械性能參數(shù)(加速度信號）與可充/放電源模塊的電性能參 數(shù)（電壓、電流信號和溫度信號），并通過遙測接口（直接遙測量和總線遙測通道)與數(shù)傳接 口，將采集的數(shù)據(jù)提交給航天器平臺，最終傳回地面測控平臺。
[0061] 圖4為數(shù)據(jù)處理單元的結(jié)構(gòu)組成圖，包括可充/放電源模塊、CPU控制模塊、數(shù)據(jù)采 集模塊和光纖控制器模塊四個模塊組成。其中，可充/放電源模塊主要功能包括一次電源接 口、指令接口、二次電源變換、設(shè)備加斷電控制、繼電器狀態(tài)量遙測、光纖傳感器和加速度傳 感器加斷電控制等;CPU控制模塊主要功能是數(shù)據(jù)的采集與處理、數(shù)據(jù)存儲和LVDS數(shù)據(jù)發(fā)送 控制、1553B總線通訊控制等功能;數(shù)據(jù)采集模塊主要功能包括加速度傳感器接口、溫度量 輸入接口、電壓量輸入接口、多選一通道控制、信號調(diào)理等;光纖控制器模塊用于為光纖控 制器提供工作電源，并通過RS485接口接收光纖控制器輸出的采集數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對 航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與調(diào)控系統(tǒng)在發(fā)射階段及在軌運行期間的結(jié)構(gòu)性能和電 池性能數(shù)據(jù)進行采集、存儲、處理和傳輸?shù)裙δ堋?br>[0062] 本實施例中，數(shù)據(jù)處理單元3中的元器件質(zhì)量等級均采用普軍W上，并通過冗余設(shè) 計提高設(shè)備可靠性，除傳感器接口及調(diào)理電路、設(shè)備加斷電控制電路外，其它電路都做冗余 設(shè)計。
[0063] (四）放電負載單元
[0064] 放電負載單元4為航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)中的用電負載，其 可W采用任意形式的負載，主要耗用多功能結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部可充/放電源模塊的電能。
[0065] 圖5為放電負載單元4的連接關(guān)系圖，其通過電源管理單元2與多功能結(jié)構(gòu)單元1的 內(nèi)部電源建立聯(lián)系，可在電源管理單元2的控制下，消耗多功能結(jié)構(gòu)單元1內(nèi)部可充/放電源 模塊的能量。
[0066] 在本實施例中，放電負載單元4采用了 10路成熟的、純阻性負載類型的加熱片實 現(xiàn)。10路加熱片W并聯(lián)方式工作，每路的額定功率為62.5W，其技術(shù)指標參數(shù)如下表1所示。
[0067] 表1放電負載單元內(nèi)部加熱片的技術(shù)指標參數(shù) 「nOARl
12 通過采用上述技術(shù)方案，形成了一種集電源充/放電管理、結(jié)構(gòu)力學(xué)性能監(jiān)測、電 性能監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理及傳輸?shù)葹橐惑w的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)。本發(fā) 明的創(chuàng)新點如下： 2 (1)該系統(tǒng)將航天器結(jié)構(gòu)與電源等多功能融合，能夠系統(tǒng)地執(zhí)行從遙控指令接收 到多功能實現(xiàn)、再到狀態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)管理與傳輸?shù)热蝿?wù)過程；
[0071] (2)該系統(tǒng)體積小、重量輕、功能密度高，解決了航天器內(nèi)部空間局限、重量限制等 與其對多功能、長壽命等要求日益提高的尖銳矛盾。
[0072] 下面結(jié)合本發(fā)明在航天器上裝配工藝流程W及系統(tǒng)各組成部件之間的連接關(guān)系， 對該航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)進行具體描述。
[0073] 第1步，多功能結(jié)構(gòu)單元安裝。
[0074] 多功能結(jié)構(gòu)單元在航天器上的安裝方式主要有兩種，分別如圖6和圖7所示。第一 種方式是將多功能結(jié)構(gòu)單元通過螺釘連接方式安裝在航天器艙板上，如圖6所示;第二種方 式是將多功能結(jié)構(gòu)單元直接取代原有航天器艙板作為新的航天器艙板使用，如圖7所示。此 夕h也可將其作為航天器的隔板使用。
[0075] 本實施例中，采用螺栓螺接的方式(第一種方式)將所述多功能結(jié)構(gòu)單元安裝于航 天器艙板上(具體參見圖6)。從熱控設(shè)計角度考慮，在所述多功能結(jié)構(gòu)單元與航天器艙板之 間還安裝了一種相變裝置。該相變裝置是通過將正十六燒(一種烙點為18.2°C的無色液體） 灌裝在板式的金屬殼中而制成，用于對多功能結(jié)構(gòu)單元1進行被動熱控。此外，從絕緣設(shè)計 角度考慮，在相變裝置與所述多功能結(jié)構(gòu)單元的底面之間，還采用了絕緣膜進行隔離。該絕 緣膜采用聚酷亞胺材料制成，能夠?qū)Χ喙δ芙Y(jié)構(gòu)單元起到絕緣作用。
[0076] 第2步，電源管理單元安裝與線路連接。
[0077] 如圖6和圖7所示，電源管理單元安裝于航天器的本體艙內(nèi)。
[0078] 安裝完畢后，先分別用2根強電電纜將電源管理單元2的2路充/放電接口（X04和 X09)連接到多功能結(jié)構(gòu)單元的2路充/放電接口（分別對應(yīng)多功能解單元內(nèi)部的主份電源和 備份電源），W實現(xiàn)對多功能結(jié)構(gòu)單元中可充/放電源模塊的充電和放電操作控制;然后，用 電纜將電源管理單元2上用于檢測電源電壓的接口連接到多功能結(jié)構(gòu)單元的電連接器(該 電連接器是安裝于多功能結(jié)構(gòu)單元框架外側(cè)壁、用于檢測每個可充/放電源模塊分級電壓 信號的檢測接口），該電源電壓輸入電源管理單元2后，將在其內(nèi)部調(diào)理電路的處理下，形成 電源分級電壓信號輸出給數(shù)據(jù)處理單元3。
[0079] 第3步，數(shù)據(jù)處理單元安裝與線路連接。
[0080] 同樣地，數(shù)據(jù)處理單元3也安裝于航天器的本體艙內(nèi)，如圖6和圖7所示。
[0081] 數(shù)據(jù)處理單元3安裝完畢后，先分別用弱電電纜將數(shù)據(jù)處理單元3的溫度/加速度 信號輸入接口與多功能結(jié)構(gòu)單元1的2路弱電接口（即溫度信號輸出接口和加速度信號輸出 接口）連接起來;然后，采用電纜將數(shù)據(jù)處理單元3的電源電壓/電流信號接口 W及電源分級 電壓信號接口與電源管理單元2的相應(yīng)輸出接口連接起來，W獲取電源電壓/電流信號W及 電源分級電壓信號。
[0082] 第4步，放電負載單元安裝與線路連接。
[0083] 放電負載單元4可采用貼裝在航天器艙壁上或螺接等其它方式安裝在航天器本體 艙內(nèi)。在本實施例中，放電負載單元是采用10路加熱片并聯(lián)方式構(gòu)成，因而采用導(dǎo)熱硅膠將 其貼裝在航天器的艙壁上。
[0084] 貼裝完畢后，通過電纜將放電負載單元4連接到電源管理單元2的一個接口（X03) 上。運樣，放電負載單元就W間接方式與多功能結(jié)構(gòu)單元1的內(nèi)部可充/放電源模塊建立起 聯(lián)系，并在電源管理單元2的控制下，耗用多功能結(jié)構(gòu)單元1內(nèi)部可充/放電源模塊的能量。
[0085] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)該提出，對于本技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的改進和潤飾，運些改進和潤飾也應(yīng)視 為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，包括多功能結(jié)構(gòu)單元（I)、電源管 理單元(2)、數(shù)據(jù)處理單元(3)和放電負載單元(4)，其特征在于： 所述多功能結(jié)構(gòu)單元（1)由主結(jié)構(gòu)模塊、四個可充/放電源模塊、減振系統(tǒng)以及傳感器 模塊組成，所述電源管理單元(2)與可充/放電源模塊連接，控制可充/放電源模塊的充電和 放電操作，同時實時檢測調(diào)整可充/放電源模塊的各電性能參數(shù)，并將可充/放電源模塊的 各電性能參數(shù)傳輸給數(shù)據(jù)處理單元(3)，并將自身工作狀態(tài)參數(shù)通過其自身的遙測接口直 接提交到航天器平臺；所述數(shù)據(jù)處理單元(3)與傳感器模塊連接，通過傳感器模塊獲取多功 能結(jié)構(gòu)單元（1)運行時的機械性能參數(shù)與電性能參數(shù)，并通過其自身的遙測接口與數(shù)傳接 口，將采集的數(shù)據(jù)提交給航天器平臺，最終傳回地面測控平臺；所述放電負載單元(4)與電 源管理單元(2)連接，能夠在電源管理單元(2)的控制下耗用電源模塊的能量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于： 所述主結(jié)構(gòu)模塊包括框架（5)、上蓋板(6)和下蓋板(7)，所述框架（5)的整體外形呈田 字構(gòu)型，具有四個方格空腔，所述框架(5)具有關(guān)于x、y和z三軸的全方位對稱性;所述下蓋 板（7)固定于所述框架（5)的底面;所述上蓋板(6)固定于所述框架（5)的頂面;所述框架 (5)、上蓋板(6)和下蓋板(7)組成主承力結(jié)構(gòu)； 所述可充/放電源模塊包括4個，分別記為可充/放電源模塊I (8 )、可充/放電源模塊Π (9)、可充/放電源模塊ΙΠ (10)和可充/放電源模塊IV( 11);每個可充/放電源模塊通過彈性 支撐結(jié)構(gòu)以嵌埋方式設(shè)置于框架(5)、上蓋板(6)以及下蓋板(7)所形成的封閉方格空腔內(nèi)， 且框架內(nèi)的每個方格空腔內(nèi)唯一安裝1個可充/放電源模塊;可充/放電源模塊的正、負極線 通過強電電纜引出，連接到設(shè)置于所述框架的外側(cè)壁的強電電連接器上形成充放電接口； 所述可充/放電源模塊既具有多次充電與多次放電的功能，又具有充當(dāng)振子消耗振動能量 的功能； 每個可充/放電源模塊的四周與用于容納該可充/放電源模塊的方格空腔內(nèi)壁之間設(shè) 置有彈性塊（12);每個可充/放電源模塊的底面與所述下蓋板(7)之間設(shè)置有彈性墊（13)， 每個可充/放電源模塊的頂面與所述上蓋板(6)之間也設(shè)置有彈性墊（13);可充/放電源模 塊、彈性塊(12)和彈性墊(13)構(gòu)成減振系統(tǒng)； 所述傳感器模塊包括若干個溫度傳感器和若干個加速度傳感器;所述若干個溫度傳感 器分別設(shè)置于可充/放電源模塊的內(nèi)腔和外側(cè)壁，用于監(jiān)測相應(yīng)可充/放電源模塊的溫度； 所述若干個加速度傳感器分別設(shè)置于所述框架(5)的內(nèi)壁、上蓋板(6)的內(nèi)壁以及所述下蓋 板(7)的內(nèi)壁，用于測量所述框架(5)、上蓋板(6)和所述下蓋板(7)的振動情況。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于:所 述多功能結(jié)構(gòu)單元（1)具有2路弱電接口，分別為溫度信號輸出接口和加速度信號輸出接 口，它們均采用弱電電纜與數(shù)據(jù)處理單元(3)相連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在 于:將位置相鄰的2個可充/放電源模塊進行串聯(lián)，得到兩組相同輸出電壓的電源，分別稱為 主份電源和備份電源;所述主份電源和備份電源各具有1路充放電接口，充放電接口為強電 接口，所述主份電源和備份電源各自通過其充放電接口采用強電電纜與電源管理單元(2) 相連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于:所 述電源管理單元(2)包括充電調(diào)節(jié)器模塊、放電調(diào)節(jié)器模塊、調(diào)理電路模塊和輔助源電路， 具有充電控制、放電控制、主/備份電源切換和電壓/電流檢測調(diào)理功能；用于多功能結(jié)構(gòu)單 元（1)在軌運行時的充電/放電管理，并利用內(nèi)部集成的檢測調(diào)理電路，協(xié)助放電負載單元 (4)獲取多功能結(jié)構(gòu)單元(1)中的鋰電池在軌運行的電性能參數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于:所 述電源管理單元(2)具有2路充放電接口和1路指令接口，2路充放電接口分別連接到電源模 塊的主份電源和備份電源，1個指令接口接收航天器發(fā)送的控制指令，電源管理單元(2)控 制放電負載單元(4)對主份電源或者備份電源進行放電。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于，所 述數(shù)據(jù)處理單元(3)包括電源模塊、CPU控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理單元(3)采集、 處理和傳輸多功能結(jié)構(gòu)單元（1)在發(fā)射階段及在軌運行期間的機械性能參數(shù)和電壓、電流 等電性能參數(shù)，獲取多功能結(jié)構(gòu)單元（1)的振動特性、驗證多功能結(jié)構(gòu)單元（1)的結(jié)構(gòu)支撐 性能和基本電性能。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于:所 述放電負載單元(4)采用多路加熱片的方式實現(xiàn)，用于消耗多功能結(jié)構(gòu)單元的電能。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于:所 述多功能結(jié)構(gòu)單元(1)通過螺釘連接方式安裝在航天器艙板上，或者多功能結(jié)構(gòu)單元（1)直 接作為航天器艙板或隔板使用； 所述電源管理單元(2)和數(shù)據(jù)處理單元(3)均安裝于航天器本體艙內(nèi)； 所述放電負載單元(4)可采用熱導(dǎo)膠貼裝在航天器艙壁上或螺接等其它方式安裝在航 天器本體艙內(nèi)，并通過電纜與電源管理單元(2)相連接。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的航天器在軌多功能結(jié)構(gòu)綜合管理與操控系統(tǒng)，其特征在于： 在所述多功能結(jié)構(gòu)單元（1)底面上安裝相變裝置，該多功能結(jié)構(gòu)與相變裝置之間用絕緣膜 隔離;所述絕緣膜采用聚酰亞胺材料制成;所述相變裝置是通過將正十六烷灌裝在金屬殼 中而制成，用于對多功能結(jié)構(gòu)單元(1)進行被動熱控。
【文檔編號】G05B19/04GK105955075SQ201610305265
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李東旭, 吳軍, 李德湛, 范才智, 尹昌平, 劉望, 郝東, 羅青
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)