帶有可展開的輻射器的空間飛行器的製作方法

2023-06-12 18:57:46

專利名稱：帶有可展開的輻射器的空間飛行器的製作方法
技術領域：
本發明涉及裝有熱輻射器的空間飛行器，所述熱輻射器設計成用來將飛行器上所產生的熱能消散入太空中。
它更具體地是涉及設計為放置在地球同步軌道、特別是對地靜止的軌道中的人造衛星的空間飛行器，且被穩定成人造衛星的一給定軸線保持指向地球。
這後一種情況是通訊衛星的情況，它具有設計成當人造衛星在位時保持朝向地球的一區域精確地定向的若干主天線。
背景技術：
空間飛行器、特別是對地靜止人造衛星的有效載荷所需的電能是由一個或多個太陽能電池板來供應的，諸太陽能電池板可繞一軸線定向以保持它們指向太陽。對於對地靜止人造衛星，太陽能電池板的該轉動軸線(標示為軸線Y)定向成南-北方向。
傳統上，這種類型的對底靜止衛星一般具有

圖1中所示類型的設計。
人造衛星的主體10包含推進劑箱、有效載荷、設備架以及機載電路。
與人造衛星相關的三個軸線Z、Y及X設計成當人造衛星在位時，該三軸線分別為沿南-北方向和沿東-西方向朝向地球定向。一般而言，人造衛星主體呈一平行六面體形狀，帶有南和北表面，一表面朝向地球定向以及一表面背離地球，後者通常被稱為後表面。
太陽能電池板12安裝在南和北表面上，並可繞Y軸線定向。
主通訊天線14側向地安裝在人造衛星的兩側上，且離開東和西表面足夠遠(或僅離開它們中的一個足夠遠)，以使它們的發送和接收波瓣清晰。由於這些主天線的波瓣較窄，它們就必須保持精確地指向所要覆蓋的地球區域。
為了將衛星保持在位，主體10裝有低推力噴嘴16，諸噴嘴16由推進劑來供能，並且其中的一定數量設置在人造衛星離開地球的相對端處。在近代的人造衛星上，這些噴嘴由一個或多個等離子推進機系統18來配全互補。在工作中，噴嘴或發生器以高速產生熱氣體的射流或羽狀煙柱(plume)20和22。這些射流在表面上的撞擊會產生所不希望的力，而降低噴嘴或離子發生器的效率，並可能導致該表面發生損壞。
傳統上，固定的輻射表面24安裝在人造衛星的南和北表面上，並例如通過熱管熱連接至產生熱量的衛星載荷。更近代的高功率人造衛星上所產生的熱功率的增長使固定的熱輻射表面的散熱表面面積變得不夠。因此，人們設計出還包括可展開的輻射器的人造衛星，這些可展開的輻射器在發射過程中保持抵靠在人造衛星的主體上，隨後，一般通過翻轉它們來展開，以使它們具有朝向北(或南)的一定向。已把要配全互補的結構特別地設計成，在展開狀態下輻射器不會妨礙主通訊天線的波瓣。具體地說，已提出了一種可展開輻射器(WO 99/19212)，它的可展開輻射器能繞一鉸鏈、從它們被存儲時抵靠南和北表面的位置開始翻轉到它們位於遠離地球的端部(沿Z方向)處的一位置。
這樣的布置可避免它們幹擾到主通訊天線的工作。此外，通過傾斜地放置鉸鏈，輻射器25可以形成一擴散的結構，以明顯地將它們移出可能會損壞它們的高速熱氣的撞擊範圍。
這樣的布置表現出嚴重的局限性，因為它沒有考慮到其它的問題。因為主通訊天線的波瓣十分狹窄，所以不可能利用經由主通訊天線的通訊來恢復對已喪失其標定定向(例如由於導航誤差或故障)的人造衛星的控制。因此，通常會放置一定向在-Z方向(標定為遠離地球)的全方向天線26(換言之，即該天線具有至少2π球面度的視野)，並且也通常沿+Z方向放置一天線26。在後一情況中，各全方向天線覆蓋一半的空間，並且無論人造衛星的定向如何，它們都能一起使地球與人造衛星之間保持通訊。
不過，為了實現這樣的結果，全方向天線的視野必定不能是暗的，否則，在天線的覆蓋範圍中會存在盲區，從而可能導致與人造衛星的聯繫的損失。

發明內容
本發明的目的特別是要提供一種帶有可展開輻射器結構的空間飛行器，它同時避免了遮擋主通訊天線或天線視野、幹擾到推進產生器噴嘴或者妨礙安裝在飛行器後表面上的全方向天線的視野。
為了這個目的，本發明特別地提出了一種空間飛行器，它具有一主體、至少一個相對主體成一給定定向的主通訊天線、至少一個具有與主天線的視野相對的一視野的全方向天線、以及至少一個可通過環繞與飛行器主體相連的一軸線展開的輻射器，所述輻射器可在它保持靠在主體上的收藏位置和展開位置之間翻轉，其特點是，所述翻轉軸線大致定位在平行於全方向天線視野軸線的定向、且平行於裝載主天線的表面的主體表面之一的平面內，所述翻轉軸線構造成使輻射器能從其平靠在裝載太陽能電池板的表面上的收藏位置，翻轉過接近180°的一角度，到達其基本位於在收藏時保持它的那個表面的平面中的一位置。
在空間飛行器為人造衛星的特定情況中，且所述人造衛星具有一主體、至少一個安裝在東或西表面上的主通訊天線、至少一個安裝在遠離地球的表面上的全方向天線、以及至少一個可通過環繞與人造衛星主體相連的一軸線展開的輻射器，所述輻射器可在它保持靠在主體的南或北表面上的收藏位置和展開位置之間翻轉，其特點是，所述翻轉軸線大致定位在輻射器在收藏時所保持抵靠的南或北表面的平面中，並且設置成輻射器能從收藏位置，翻轉過等於或接近180°的一角度，到達其在一主天線後方、從主體朝向東和西延伸的一位置。
實際上，輻射器的傾斜角度在140°至180°的範圍內，但有利的是，輻射器或各輻射器大致在收藏時載帶它的表面的平面中延伸，換言之，它在展開時垂直於Y向。
一般來說，各南和北表面將載帶至少一個或多個、通常為兩個輻射器。
如果輻射器的翻轉軸線平行於Z向，輻射器的允許其被收藏的最大長度(輻射器由一個摺疊在另一個上的兩個部分組成的情況除外)限於人造衛星沿X向的寬度(東-西向)之內，人造衛星的該寬度通常小於其沿Z向的長度。通過將翻轉軸線定向在與Z向大致成45°的方位上，輻射器就可能具有幾乎等於人造衛星沿Z向的長度的一展長，只要輻射器的展開不在太陽能電池板的某些定位中即可。
在閱讀了下面對本發明以非限制性例子給出的具體實施例的描述之後，上述以及其它的特徵將變得根據清楚。
附圖簡述本文的描述將參照附圖，在諸附圖中-圖1(已在上文提及)示出一代表性人造衛星的功能設計方案；-圖2和3與圖1類似，為示出根據本發明的一可能的輻射器結構的立體圖；-圖4示出根據本發明的一個具有不同的輻射器結構的人造衛星的南或北表面的平面圖；-圖5是一南-北向的視圖，示出了在傾斜翻轉軸線情況下展開的輻射器的定位；以及-圖6是根據圖5的一輻射器布置的局部立體圖。
具體實施例方式
人造衛星的功能結構如圖2所示，其中，與圖1中的那些部件相應的部件具有相同的標號，該人造衛星除了傳統設計的固定輻射表面24之外，還設有四個輻射器25。這四個輻射器中的兩個設計成繞Z向軸線30、從一收藏位置向一展開位置對稱地傾斜，在所述收藏位置，它們平靠在北表面上；在所述展開位置，它們位於北表面假想的延伸部分內，並位於主天線反射器14的後方，從而不會干擾到這些天線的波瓣。因而，這些輻射器的寬度W限於天線反射器14後方的自由空間的寬度之內。它們的長度L限於主體沿X向的寬度之內。展開機構可以是傳統的設計方案，例如，可由一個或多個彈簧構成，當閉鎖掣子被釋放時(例如通過響應地面指令的煙火裝置)這些彈簧使輻射器進入由終點止動裝置所確定的展開位置。
第二對輻射器25構造成在它們展開時可進入基本在南表面的延伸部分中的一位置。
可見，展開的輻射器不會干擾到主天線的波瓣。即使已展開輻射器，它們也不會被放置在設計為在人造衛星已經處於其規定軌道時進行工作的噴嘴16或推力產生器16的羽狀煙柱中。最後，如圖4所示，即使在立體角可能稍稍超過2π球面度的情況，它們也不會伸入全方向天線26的波瓣Φ中。
為了使輻射器能不凸出到人造衛星主體之外地收藏(沿著虛線所示的位置)，它們的長度必須不超過主體10沿X向的寬度。通過大致沿著角X、Z或-X、Z(取用合適的一個)的角平分線對齊翻轉軸線30，可以放寬這樣的限制。在這種情況下，長度L僅受到主體沿Z向的長度的限制。另一方面，各輻射器的寬度受到所存在的支承太陽能電池板的軸線的限制。應予進一步指出的是，通訊衛星的主體通常分成一個設置在遠離地球處的服務模塊或「母線(bus)」42和一個設置在地球一側的一有效載荷模塊44。利用了合適尺寸的鉸接支承腳，根據圖5和6的裝置就可在處於轉移軌道的時段中消除服務模塊的所有可能的障礙物。
權利要求
1.一種空間飛行器，它具有一主體、至少一個相對主體成一給定定向的主通訊天線、至少一個具有與主天線的視野相對的一視野的全方向天線、以及至少一個可通過繞連至飛行器主體的一軸線(30)展開的輻射器(25)，所述輻射器可在它保持靠在主體上的收藏位置和展開位置之間翻轉，其特徵在於，所述翻轉軸線(30)大致定位在平行於全方向天線(26)視野軸線的定向、且平行於裝載主天線的表面的主體表面之一的平面內，所述翻轉軸線(30)構造成使輻射器能從其平靠在裝載太陽能電池板的表面上的收藏位置，翻轉過接近180°的一角度，到達其基本位於在收藏時保持它的那個表面的平面中、且位於主天線後方的一位置。
2.如權利要求1所述的空間飛行器，其特徵在於，包括一人造衛星，它具有至少一個安裝在主體的東或西表面上的主通訊天線、至少一個安裝在遠離地球的表面上的全方向天線、以及至少一個可通過繞連至人造衛星主體的一軸線(30)展開的輻射器，所述輻射器可在它保持靠在主體的南或北表面上的收藏位置和展開位置之間翻轉，其特徵在於，所述翻轉軸線(30)大致定位在輻射器在收藏時所保持抵靠的南或北表面的平面中，並且設置成輻射器能從收藏位置，翻轉過等於或接近180°的一角度，到達其在一主天線後方、從主體朝向東和西延伸的一位置。
3.如權利要求1或2所述的空間飛行器，其特徵在於，輻射器(25)的傾斜角度在140°至180°的範圍內。
4.如權利要求2所述的空間飛行器，其特徵在於，各南和北表面載帶至少一個或通常為兩個輻射器(25)。
5.如權利要求2或4所述的空間飛行器，其特徵在於，翻轉軸線(30)定向在與地球方向大致成45°的方位上，輻射器的展長几乎等於人造衛星沿地球方向的長度。
全文摘要
本發明涉及一種空間飛行器，它具有一主體(10)、至少一個相對主體成一給定定向的主通訊天線(12)、至少一個具有與主天線的視野相對的一視野的全方向天線、以及至少一個可通過繞連至飛行器主體的一軸線(30)翻轉而展開的輻射器(25)，所述輻射器可在它保持靠在主體上的收藏位置和展開位置之間翻轉。所述翻轉軸線(30)大致定位在平行於全方向天線(26)的定向、且平行於裝載主天線的表面的主體表面之一的平面內。輻射器能從其靠放在裝載太陽能電池板的表面上的收藏位置，翻轉過接近180°的一角度，到達其基本位於在收藏時保持它的那個表面的平面中。
文檔編號B64G1/42GK1610628SQ02826602
公開日2005年4月27日 申請日期2002年12月18日 優先權日2002年1月2日
發明者A·N·沃爾克, J·－P·古埃林 申請人:易茲埃斯特裡姆聯合股份公司