立方星太阳翼及其可重复解锁机构

张佼龙; 刘益恒; 邢皓钰; 黄河; 郭建国

doi:10.37188/OPE.20223020.2446

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

立方星太阳翼及其可重复解锁机构

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2022-10-27

- 立方星太阳翼及其可重复解锁机构
- CubaSat solar wing and repeatable unlocking mechanism
- 光学精密工程 2022年30卷第20期页码：2446-2456
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学精确制导与控制研究所，陕西西安 710072
  2.西北工业大学微小卫星技术及应用国家地方联合工程实验室，陕西西安 710072
  3.西北工业大学宁波研究院，浙江宁波 315000
- 作者简介：
  
  [ "张佼龙（1988-），男，山西忻州人，博士，副研究员，2013年于西北工业大学获得博士学位，现任陕西省微小卫星工程实验室副主任，主要从事微小卫星总体结构及电动伺服系统的研究。E-mail： zhangjiaolong@nwpu.edu.cn" ]
  [ "刘益恒（1997-），男，湖北襄阳人，硕士研究生，主要研究方向为微小卫星太阳翼的设计。E-mail： liuyiheng@mail.nwpu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  民用航天技术预研项目(D020307);陕西省重点研发计划项目(2020KWZ-16)
- DOI：10.37188/OPE.20223020.2446
  中图分类号： V423.6
- 收稿日期：2022-06-14，
  
  修回日期：2022-06-28，
  
  纸质出版日期：2022-10-25
- 稿件说明：
移动端阅览
张佼龙,刘益恒,邢皓钰等.立方星太阳翼及其可重复解锁机构[J].光学精密工程,2022,30(20):2446-2456.

ZHANG Jiaolong,LIU Yiheng,XING Haoyu,et al.CubaSat solar wing and repeatable unlocking mechanism[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2446-2456.
张佼龙,刘益恒,邢皓钰等.立方星太阳翼及其可重复解锁机构[J].光学精密工程,2022,30(20):2446-2456. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2446.

ZHANG Jiaolong,LIU Yiheng,XING Haoyu,et al.CubaSat solar wing and repeatable unlocking mechanism[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(20):2446-2456. DOI： 10.37188/OPE.20223020.2446.

摘要

为了解决立方星太阳翼在严格尺寸约束下无法实现地面多次解锁试验验证的问题，提出了一种可重复电磁解锁的轻质量、高刚度的太阳翼。首先，提出一种微型铰链式展开机构，具有展开锁定和到位指示功能。其次，提出的电磁解锁机构能够解决压紧释放装置无法多次解锁的问题，具有低冲击，无污染，响应快的特点。最后，对太阳翼基板的尺寸构型和辅助支撑布局进行灵敏度分析与优化。仿真结果表明：太阳翼在优化后质量减轻20%，展开状态下的基频提升16%，满足太阳翼轻质量、高刚度的要求。本文提出的立方星太阳翼经过地面鉴定级振动和冲击力学试验验证以及热真空试验，并且通过八一03卫星完成在轨验证，满足立方星在轨的使用要求，可为后续立方星太阳翼的设计及研制提供参考。

Abstract

In order to solve the problem that the CubeSat solar wing cannot be verified by multiple ground unlocking tests under strict dimensional constraints， a lightweight and high stiffness solar wing with repeatable electromagnetic unlocking mechanism is proposed. Firstly， a micro hinged deployment mechanism with the functions of deployment， locking and in-position indication is proposed. Secondly， the proposed electromagnet unlocking mechanism solves the problem that the compression release device cannot be unlocked repeatedly. Meanwhile， it has the advantages of low impact， no pollution and rapid response. Finally， the sensitivity analysis and optimization are performed after the dimensional configuration and auxiliary support layout of the solar wing. The simulation results indicate that the weight of the solar wing is reduced by 20%， and the fundamental frequency in the unfolded state is raised by 16%， which meet the requirements of light weight and high stiffness. The ground qualification level vibration， shock response spectrum， thermal vacuum test and on-orbit flight verification of the BY-03 satellite are carried out， which show this solar wing meets the application requirements. This concept can be used as a reference for design and development of CubaSat solar wing.

关键词

Keywords

references

JENKINS G M ， KREJCI D ， LOZANO P . CubeSat constellation management using ionic liquid electrospray propulsion ［J］. Acta Astronautica ， 2018 ， 151 ： 243 - 252 . doi: 10.1016/j.actaastro.2018.06.007 http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.06.007

VASILE M ， TORRE F ， SERRA R ， et al . Autonomous orbit determination for formations of Cubesats beyond LEO ［J］. Acta Astronautica ， 2018 ， 153 ： 327 - 336 . doi: 10.1016/j.actaastro.2018.01.045 http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.01.045

SHIN Y ， YOON S ， SEO Y ， et al . Radiation effect for a CubeSat in slow transition from the Earth to the Moon ［J］. Advances in Space Research ， 2015 ， 55 （ 7 ）： 1792 - 1798 . doi: 10.1016/j.asr.2015.01.018 http://dx.doi.org/10.1016/j.asr.2015.01.018

BAMBACH P ， DELLER J ， VILENIUS E ， et al . DISCUS - The Deep Interior Scanning CubeSat mission to a rubble pile near-Earth asteroid ［J］. Advances in Space Research ， 2018 ， 62 （ 12 ）： 3357 - 3368 . doi: 10.1016/j.asr.2018.06.016 http://dx.doi.org/10.1016/j.asr.2018.06.016

BURT R . Distributed Electrical Power Systems in Cubesat Applications ［D］. Utah State University ， 2011

STRAUB J ， SWARTWOUT M ， NUNES M ， et al . CubeSats and small satellites ［J］. International Journal of Aerospace Engineering ， 2019 ， 2019 ： 9451673 . doi: 10.1155/2019/9451673 http://dx.doi.org/10.1155/2019/9451673

任守志，刘颖，王举，等 . 立方体卫星太阳翼技术综述［J］. 航天器工程， 2015 ， 24 （ 2 ）： 109 - 118 . doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.018 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.018

REN S Z ， LIU Y ， WANG J ， et al . Overview of solar wing for CubeSat ［J］. Spacecraft Engineering ， 2015 ， 24 （ 2 ）： 109 - 118 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.018 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-8748.2015.02.018

YANG S ， WU Q ， CHANG B Y . Design and development characteristics research of modular space deployable solar wing ［J］. MATEC Web of Conferences ， 2021 ， 336 ： 02004 . doi: 10.1051/matecconf/202133602004 http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/202133602004

BAJPAYEE A . Mechanical design of CAPE2-the second CubeSat being designed under the cajun advanced picosatellite experiment ［C］. 7th Annual CubeSat Developers' Workshop . San Luis Obispo ： California Polytechnic State University ， 2010 .

BAIG H . Integrated design of solar panels deployment mechanism for a three unit CubeSat ［C］. SpaceOps 2012 Conference. Stockholm， Sweden. Reston， Virigina ： AIAA ， 2012 . doi: 10.2514/6.2012-1292352 http://dx.doi.org/10.2514/6.2012-1292352

SANTONI F ， PIERGENTILI F ， DONATI S ， et al . An innovative deployable solar panel system for Cubesats ［J］. Acta Astronautica ， 2014 ， 95 ： 210 - 217 . doi: 10.1016/j.actaastro.2013.11.011 http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2013.11.011

刘志全，吴跃民，马静雅 . 敏捷卫星高刚度太阳翼的设计与验证［J］. 宇航学报， 2019 ， 40 （ 6 ）： 621 - 627 . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2019.06.002 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2019.06.002

LIU Z Q ， WU Y M ， MA J Y . Design and verification of high-stiffness solar wing on agile satellites ［J］. Journal of Astronautics ， 2019 ， 40 （ 6 ）： 621 - 627 . （in Chinese） . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2019.06.002 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2019.06.002

柴洪友，高峰 . 航天器结构与机构［M］. 北京：北京理工大学出版社， 2018 .

CHAI H Y ， GAO F . Spacecraft Structures and Mechanisms ［M］. Beijing ： Beijing Insititute of Technology Press ， 2018 . （in Chinese）

徐福祥 . 卫星工程概论［M］. 北京：中国宇航出版社， 2003 .

XU F X . Introduction of Satellite Engineer ［M］. Beijing ： China Astronautic Publishing House ， 2003 . （in Chinese）

张佼龙，周军 . 立方星星箭分离电磁解锁机构［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 3 ）： 606 - 615 . doi: 10.3788/ope.20182603.0606 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182603.0606

ZHANG J L ， ZHOU J . Electromagnet door release mechanism in deploying mechanism for CubeSats ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2018 ， 26 （ 3 ）： 606 - 615 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20182603.0606 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20182603.0606

岳友飞，苏星，李自胜，等 . 基于气浮轴承的无摩擦气缸设计及参数优化［J］. 光学精密工程， 2022 ， 30 （ 6 ）： 678 - 688 .

YUE Y F ， SU X ， LI Z S ， et al . Design and parameter optimization of frictionless cylinder based on aerostatic bearing ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2022 ， 30 （ 6 ）： 678 - 688 . （in Chinese）

韩斌斌，王益轩，任双宁，等 . 基于ANSYS Workbench碳纤维复合材料综框的铺层分析与优化设计［J］. 纺织器材， 2017 ， 44 （ 3 ）： 8 - 14 . doi: 10.3969/j.issn.1001-9634.2017.03.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-9634.2017.03.003

HAN B B ， WANG Y X ， REN S N ， et al . The ANSYS workbench-based layer analysis and optimization design of the heald frame of carbon fiber composite ［J］. Textile Accessories ， 2017 ， 44 （ 3 ）： 8 - 14 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-9634.2017.03.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-9634.2017.03.003

柏添，孔林，黄健，等 . 低倾角轨道微小遥感卫星的热设计及验证［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 11 ）： 2497 - 2506 . doi: 10.37188/OPE.20202811.2497 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202811.2497

BAI T ， KONG L ， HUANG J ， et al . Thermal design and verification of micro remote-sensing satellite in low inclination orbit ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 11 ）： 2497 - 2506 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20202811.2497 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20202811.2497

殷康程，永强，霍银龙，等 . 星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 3 ）： 582 - 591 . doi: 10.37188/OPE.2020.0548 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2020.0548

YIN K C ， YONG Q ， HUO Y L ， et al . Design of deployable biaxial pointing mechanism for spaceborne dual-reflector offset antenna ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 3 ）： 582 - 591 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.2020.0548 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.2020.0548

浏览量

1193

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

光学遥感器光机结构热变形的高精度测量

基于蜂窝板铺层技术的某光学卫星有效载荷安装面的热变形优化

星载激光通信端机可重复锁紧/解锁机构设计

一种空间光学镜并联指向机构优化设计