一种模块化的一体化卫星多功能结构及聚合体制造技术

一种模块化的一体化卫星多功能结构及聚合体，包括模块化3D结构、磁流体管路、磁流体、温度传感器、驱动线圈和控制器，其中模块化3D结构包括外表面结构板、金属蜂窝和内表面结构板，控制器通过控制驱动线圈中的电流形成行波磁场，产生电磁力从而驱动磁流体管路中的磁流体流动，实现姿态控制的同时，由于磁流体流动传递热量，实现结构的等温控制。本发明专利技术结构紧凑、功能耦合，集传统的结构、热控、姿控、能源供电、信号传输于一体，满足卫星轻量小型化、高功能密度比、大有效载荷安装空间的需求，还可以多个模块化多功能结构组成为各种聚合体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种模块化的机电热气及控制一体化卫星多功能结构及聚合体，特别是一种用于微小卫星或大型空间飞行器系统聚合体卫星的模块化机电热气及控制一体化卫星多功能结构。
技术介绍
随着低成本航天、快速响应、在轨重构等任务发展，对具有规格化封装和标准接口的kg级纳卫星或智能化设备单元为模块组成的“模块聚合体卫星”提出需求；同时，进一步减轻卫星平台重量、优化平台性能、提高卫星快速部署能力的需求迫切。但是目前，卫星平台仍以各分系统独立研制后再总装集成为主要方式，已经研制及应用的所谓多功能结构更准确地说，应该称为多分系统复合结构，即通过在结构中预埋或后埋热控槽道热管、结构连接件、多功能模块、芯片、电路等方式形成复合层压结构。已经在卫星上广泛应用的是机热、机电或机电热复合层压结构，这些结构的功能相对单一，集成度不高，还没有真正的机电热气及控制一体化的多功能结构相关报道。相关专利CN200910091063.1“航天器热控制和液体动量轮一体化执行机构”，属于涉及热控制和姿态控制的一体化执行机构，包括储液器、循环泵组件、2套流量分配阀和2套管路等，强调热控回路与动量发生器一体化，采用液态工质密闭在循环回路中，通过循环泵组件驱动液态工质以一定的流速和流量在循环回路中流动，通过阀门流量控制、温度传感器与温度电压控制单元，获得所需的角动量交换，并达到热控需求，没有涉及航天器的整体结构布局、具体结构及有效载荷的机械电气连接。用于贮存液态工质的储液器占用卫星空间，增加了重量；循环泵组件驱动液态工质流动，增加了卫星功耗；2套流量分配阀为活动部件，密封要求高，其可靠性要求高。专利技术内容本专利技术解决的技术问题是：克服现有卫星平台分系统独立研制、分立集成安装调试周期长的不足，提供了一种模块化的机电热气及控制一体化卫星多功能结构及聚合体，具有3D结构简单紧凑轻量化、有效载荷安装空间大、接口(标准化、模块化)即插即用、活动部件少可靠性高、多物理场耦合(多功能结构涉及力、热、电磁等多物理场)、多功能一体化的特点，具有结构支撑、热控制、姿态控制、电气连接、机械连接等多种功能。本专利技术采用的技术解决方案为：一种模块化的一体化卫星多功能结构，包括：模块化3D结构、磁流体管路、磁流体、温度传感器、驱动线圈和控制器；其中，模块化3D结构为四个平板组成的立方体结构，四个平板的结构相同，均包括由表及里的外表面结构板、金属蜂窝和内表面结构板；磁流体管路包括相互平行的上下两部分，位于所述模块化3D结构的上下两端，磁流体管路分布在金属蜂窝结构内部且磁流体管路的上下两部分均为贯穿所述四个平板的封闭管路；磁流体管路内充填有磁流体，用于充填密封磁流体的填充口位于内表面结构板上；内表面结构板上还分布信号接口、电源接口及用于固定连接支撑的机械接口，外表面结构板也设置有信号接口、电源接口和机械接口；连接管道设置在金属蜂窝结构中，用于放置连接信号接口和电源接口之间的电缆；温度传感器、驱动线圈和控制器均通过机械接口安装在内表面结构板上，温度传感器用于测量内表面结构板的温度，测量结果通过信号接口提供给控制器；控制器根据温度传感器测量的温度变化控制驱动线圈中的电流形成行波磁场，产生电磁力驱动磁流体管路中的磁流体流动。所述磁流体管路的上下两部分中的磁流体的流动方向相反。所述磁流体管路的上下两部分中的磁流体的流速相同时，实现所述一体化卫星多功能结构的散热；所述磁流体管路的上下两部分中的磁流体的流速不相同时，实现所述一体化卫星多功能结构散热的同时，也实现所述一体化卫星多功能结构的姿态控制。所述内表面结构板上的电源接口用于给驱动线圈、控制器和有效载荷供电，外表面结构板上的电源接口用于连接外部电源。所述外部电源为太阳翼或者表面贴装太阳能电池阵。所述模块化3D结构和磁流体管路为一体成型，采用增材制造技术制造。所述模块化3D结构和磁流体管路采用3D打印方式制造。所述外表面结构板、金属蜂窝和内表面结构板采用铝合金材质。一种模块化的一体化卫星多功能结构聚合体，包括多个所述模块化的机电热气及控制一体化卫星多功能结构，相邻两个所述模块化的机电热气及控制一体化卫星多功能结构通过外表面结构板上的机械接口连接在一起。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用增材制造技术实现的机电热气及控制一体化卫星多功能结构，具有紧凑轻量化，有效载荷安装空间大的特点。通过多物理场耦合设计，将原有的热控、能源、数传、控制等分系统集成在结构中，省去传统分系统的分立研制再组装集成调试过程；预留的有效载荷安装机电热气接口及内外连接固定接口，大幅度减少了分系统多次集成的安装接口数量，减少分系统之间的机电热气接口协调。各类机电热气接口集成在模块化3D结构中，采用标准化、模块化设计，利于实现即插即用，降低了安装难度，减少了安装时间，可实现快速批量化生产。(2)本专利技术中由于结构、热控、控制一体化设计，模块化的多功能结构采用3D打印方式制造一次成形，获得大内腔薄壁、复杂结构，实现结构自身轻量化，在保证结构刚度/强度的同时，磁流体管路与结构的一体化，实现了管路的优化配置，即减少了管路接口，减轻了热控与控制系统的重量，提高了管路
密封可靠性；又缩短了传热路径，提高了散热能力，易于实现航天器等温结构体。(3)本专利技术中，磁流体管路作为液体飞轮，采用电磁力驱动磁流体流动，形成动量交换，省去了传统的飞轮或控制力矩陀螺等控制部件，减少活动部件，提高航天器可靠性的同时，因液体飞轮的磁流体管路布置在模块化3D结构板中，控制力矩半径大，可以在磁流体流速很低的情况下实现航天器的大力矩控制，利于实现卫星的高精度控制。(4)本专利技术中，采用磁流体在磁流体管路流动实现温度与姿态一体化控制，减少了液态工质储存的储液器和循环泵组件、流量分配阀等，进一步实现了结构轻量化，降低了功耗，增加了有效载荷空间。附图说明图1为模块化的机电热气及控制一体化卫星多功能结构示意图；图2为模块化3D结构组成示意图；图3为模块化3D结构的典型聚合模式示意图，其中，图3(a)为纵向线性聚合阵列示意图，图3(b)为横向线性聚合阵列示意图，图3(c)为异形聚合阵列示意图，图3(d)为平面聚合阵列示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术的工作原理和工作过程做进一步解释和说明。如图1所示，本专利技术提供了一种模块化的一体化卫星多功能结构，包括模块化3D结构1、磁流体管路2、磁流体3、温度传感器4、驱动线圈5和控制器6。这种机电热气及控制一体化卫星多功能结构具有紧凑轻量化，有效载荷安装空间大的特点。通过多物理场耦合设计，将原有的热控、能源、数传、控制等分系统集成在结构中，省去传统分系统的分立研制再组装集成调试过程；预留的有效载荷安装机电热气接口及内外连接固定接口，大幅度减少了分系统多次集成的安装接口数量，减少分系统之间的机电热气接口协调。各类机电热气接口集成在模块化3D结构中，采用标准化、模块化设计，利于实现即插即用，
降低了安装难度，减少了安装时间，可实现快速批量化生产。如图2所示，模块化3D结构1为四个平板组成的立方体结构，四个平板的结构相同，均包括由表及里的外表面结构板11、金属蜂窝12和内表面结构板13；经优化设计实现轻量化的同时，具备传热、支撑功能。磁流体管路2包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化的一体化卫星多功能结构，其特征在于包括：模块化3D结构(1)、磁流体管路(2)、磁流体(3)、温度传感器(4)、驱动线圈(5)和控制器(6)；其中，模块化3D结构(1)为四个平板组成的立方体结构，四个平板的结构相同，均包括由表及里的外表面结构板(11)、金属蜂窝(12)和内表面结构板(13)；磁流体管路(2)包括相互平行的上下两部分，位于所述模块化3D结构(1)的上下两端，磁流体管路(2)分布在金属蜂窝(12)结构内部且磁流体管路(2)的上下两部分均为贯穿所述四个平板的封闭管路；磁流体管路(2)内充填有磁流体(3)，用于充填密封磁流体(3)的填充口(18)位于内表面结构板(13)上；内表面结构板(13)上还分布信号接口(14)、电源接口(15)及用于固定连接支撑的机械接口(16)，外表面结构板(11)也设置有信号接口(14)、电源接口(15)和机械接口(16)；连接管道(17)设置在金属蜂窝(12)结构中，用于放置连接信号接口(14)和电源接口(15)之间的电缆；温度传感器(4)、驱动线圈(5)和控制器(6)均通过机械接口(16)安装在内表面结构板(13)上，温度传感器(4)用于测量内表面结构板(13)的温度，测量结果通过信号接口(14)提供给控制器(6)；控制器(6)根据温度传感器(4)测量的温度变化控制驱动线圈(5)中的电流形成行波磁场，产生电磁力驱动磁流体管路(2)中的磁流体(3)流动。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化的一体化卫星多功能结构，其特征在于包括：模块化3D结构(1)、磁流体管路(2)、磁流体(3)、温度传感器(4)、驱动线圈(5)和控制器(6)；其中，模块化3D结构(1)为四个平板组成的立方体结构，四个平板的结构相同，均包括由表及里的外表面结构板(11)、金属蜂窝(12)和内表面结构板(13)；磁流体管路(2)包括相互平行的上下两部分，位于所述模块化3D结构(1)的上下两端，磁流体管路(2)分布在金属蜂窝(12)结构内部且磁流体管路(2)的上下两部分均为贯穿所述四个平板的封闭管路；磁流体管路(2)内充填有磁流体(3)，用于充填密封磁流体(3)的填充口(18)位于内表面结构板(13)上；内表面结构板(13)上还分布信号接口(14)、电源接口(15)及用于固定连接支撑的机械接口(16)，外表面结构板(11)也设置有信号接口(14)、电源接口(15)和机械接口(16)；连接管道(17)设置在金属蜂窝(12)结构中，用于放置连接信号接口(14)和电源接口(15)之间的电缆；温度传感器(4)、驱动线圈(5)和控制器(6)均通过机械接口(16)安装在内表面结构板(13)上，温度传感器(4)用于测量内表面结构板(13)的温度，测量结果通过信号接口(14)提供给控制器(6)；控制器(6)根据温度传感器(4)测量的温度变化控制驱动线圈(5)中的电流形成行波磁场，产生电磁力驱动磁流体管路(2)中的磁流体(3)流动。2.根据权利要求1所述的一种模块化的一体化卫星多功能结构，其特征在于：所述磁流体管路(2)的上下两部分中的磁流体(...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋坚，范春石，范达，贺杨，张南，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11