纳卫星电磁对接重构设备制造技术

本发明专利技术公开了纳卫星电磁对接重构设备，包括第一卡锁设备、第二卡锁设备；其特征在于，还包括：与第一卡锁设备连接的第一电磁力设备，与第二卡锁设备连接的第二电磁力设备；对接时，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的磁力为吸引力。

【技术实现步骤摘要】
纳卫星电磁对接重构设备
本专利技术涉及纳卫星领域，特别涉及纳卫星电磁对接重构设备。
技术介绍
借助对接机构可实现多个独立飞行器在空间的刚性连接，对接过程中，对接机构的主动端对被动端捕获和锁紧，《载人航天》2016年第22(1)期，93-98页公开的“一种微型航天器对接机构的设计研究[J]”对对接机构的捕获和锁紧过程进行了阐述。纳纳卫星对接技术旨在利用多个体积小、重量轻的纳卫星通过空间交汇对接，实现功能重构，组合任务等，以较低的成本替代传统大型纳卫星，甚至突破单颗纳卫星的任务限制，强化空间协作。对接是一个精准的空间操作，需要相对距离估计、自动避撞、自动捕获、对接扰动稳定的功能，此外需要精确的导航策略和传感器，RoscoeCWT,GriesbachJD,WestphalJJ,etal.ForcemodelingandstatepropagationfornavigationandmaneuverplanningforCubeSatrendezvous,proximityoperations,anddocking[J].AdvancesintheAstronauticalSciences,2014,150:573-590对此进行了阐述。目前对接采用复杂的对接锁紧机构，对接系统的体积、重量和能耗都无法适应纳卫星应用，并且限于微纳卫星本身的控制精度和导航对接设备的复杂性，要求纳卫星的对接设备能实现一定程度的自动对准，并考虑对接过程中推力器排出羽流将会给对接任务带来不利的影响，希望在近距离接近时，无需推进，实现末段自主对接。电磁对接利用磁力产生两个纳卫星间的相互吸引力，能耗少且自主性高，大大降低了纳纳卫星的系统要求。目前基于纳纳卫星的电磁对接的研究主要有英国Surrey的STRaND纳卫星，Tyvak的CPOD任务以及OAAN(微纳纳卫星在轨自动组装)近距离对接的仿真分析。设计普遍考虑使用永磁铁设计磁对接和锁紧设备。在安装误差和发射振动影响下，永磁铁对整星的磁性影响不可能通过安装布局完全抵消，尤其是体积紧凑的立方体纳纳卫星，无法预计的磁性影响会导致纳卫星姿态控制失效。已有的研究较少考虑空间环境的特异性，仅关注力、力矩及机构本身，基于电磁铁的对接分离机构的设计方法研究尚未见公开发表的文献。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有磁对接和锁紧装置采用永磁铁，永磁铁对整星影响无法消除；为解决所述问题，本专利技术提供纳卫星电磁对接重构设备。本专利技术提供的纳卫星电磁对接重构设备，包括：第一卡锁设备、第二卡锁设备；还包括：与第一卡锁设备连接的第一电磁力设备，与第二卡锁设备连接的第二电磁力设备；对接时，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的磁力为吸引力。进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备结构相同，所述第一电磁力设备包括至少一根绕线磁棒，与所述绕线磁棒电连接的驱动电路，所述驱动电路包括电流大小调节器和电流方向调节器，还包括供电电路。进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备共用供电电路。进一步，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备分别采用一根绕线磁棒，所述第一电磁力设备的绕线磁棒上第一线圈的长度矢量为L1、第二电磁力设备的绕线磁棒上第二线圈的长度矢量为L2，L1、L2满足：F为第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的作用力，第一线圈的电流为I1、第一线圈的电流为I2，为相对距离的单位矢量，μr为磁芯磁导率。进一步，所述第一线圈的线径为：为所述第一电磁力设备的一匝线圈平均长度，De1为第一线圈的外径，Di1为第一电磁力设备的第一磁芯的直径，为第一线圈安匝数，P1为第一线圈功率，A01为第一线圈窗口截面积。进一步，所述第二线圈的线径为：为所述第二电磁力设备的一匝线圈平均长度，De2为第二线圈的外径，Di2为第二电磁力设备的第二磁芯的直径，为第二线圈安匝数，P2为第二线圈功率，A02为第二线圈窗口截面积。进一步，所述第一卡锁设备安装于第一纳卫星，第二卡锁设备安装于第二纳卫星；所述第一卡锁设备为接纳锥，所述第二卡锁设备为对接杆；所述接纳锥内设有卡扣；所述对接杆上设有档位；所述卡扣与所述档位均是由弹性材料制成的；所述接纳锥与所述对接杆成锁匙结构。进一步，所述对接重构设备包括对接模式和分离模式；所述对接模式下，第一电磁力设备和第二电磁力设备相对端磁性相异；所述分离模式下，第一电磁力设备和第二电磁力设备相对端磁性相同。本专利技术的优点包括：采用电磁对接，在设置好绕线磁棒后，通过控制驱动电路第一电磁力设备和第二电磁力设备的线圈中的电流的大小和方向，控制电磁力设备和第二电磁力设备之间的作用力的方向和大小，从而控制力分别与第一电磁力设备和第二电磁力设备连接的第一卡锁设备和第二卡锁设备之间的作用力的方向和大小，从而实现与第一卡锁设备和第二卡锁设备连接的第一纳卫星和第二纳卫星的对接和分离。附图说明图1为本专利技术实施例提供的纳卫星电磁对接重构设备的绕线磁棒对接运动示意图图2为本专利技术实施例提供的纳卫星电磁对接重构设备的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的纳卫星电磁对接重构设备设计流程图；图4为本专利技术实施例提供的纳卫星电磁对接重构设备的约束域平面图。具体实施方式下文中，结合附图和实施例对本专利技术的精神和实质作进一步阐述。如图1所示，本专利技术提供的纳卫星电磁对接重构设备，包括：第一卡锁设备33、第二卡锁设备44；还包括：与第一卡锁设备33连接的第一电磁力设备11，与第二卡锁设备44连接的第二电磁力设备22；对接时，所述第一电磁力设备11和第二电磁力设备22之间的磁力为吸引力。所述第一卡锁设备安装于第一纳卫星，第二卡锁设备安装于第二纳卫星。如图2所示，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备结构相同，所述第一电磁力设备包括至少一根绕线磁棒01，与所述绕线磁棒电连接的驱动电路02，所述驱动电路02包括电流大小调节器和电流方向调节器，还包括供电电路03。为节省空间，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备共用供电电路03。通过电流大小调节器调节，比如PWM调节，调节第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的作用力的大小；通过电流方向调节器，比如反向器，调节第一电磁力设备和第二电磁力设备内电流的方向，调节第一电磁力设备和第二电磁力设备之间作用力的方向。本专利技术实施例提供的纳卫星电磁对接重构设备可以与任意卡锁设备相配合，对接模式下，第一电磁力设备的第一线圈和第二电磁力设备的第二线圈电流方向相同，第一电磁力设备和第二电磁力设备相对端磁性相反、产生吸引力，第一电磁力设备连接的第一卡锁设备和第二电磁力设备连接的第二卡锁设备对接；分离模式下，第一电磁力设备的第一线圈和第二电磁力设备的第二线圈电流方向相反，第一电磁力设备和第二电磁力设备相对端磁性相同、产生排斥力，第一电磁力设备连接的第一卡锁设备和第二电磁力设备连接的第二卡锁设备分离。一个实施例中，所述第一卡锁设备为接纳锥，所述第二卡锁设备为对接杆；所述接纳锥内设有卡扣；所述对接杆上设有档位；所述卡扣与所述档位均是由弹性材料制成的；所述接纳锥与所述对接杆成锁匙结构。在本实施例中，以所述第一电磁力设备和第二电磁力设备分别采用一根绕线磁棒为例，对本专利技术实施例提供的那卫星电磁对接重构设备的设计方法进行示意性阐述，在本专利技术的其他实施例中，可以灵活调整绕线磁棒的数量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳卫星电磁对接重构设备，包括第一卡锁设备、第二卡锁设备；其特征在于，还包括：与第一卡锁设备连接的第一电磁力设备，与第二卡锁设备连接的第二电磁力设备；对接时，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的磁力为吸引力。

【技术特征摘要】
1.纳卫星电磁对接重构设备，包括第一卡锁设备、第二卡锁设备；其特征在于，还包括：与第一卡锁设备连接的第一电磁力设备，与第二卡锁设备连接的第二电磁力设备；对接时，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的磁力为吸引力。2.依据权利要求1所述的纳卫星电磁对接重构设备，其特征在于，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备结构相同，所述第一电磁力设备包括至少一根绕线磁棒，与所述绕线磁棒电连接的驱动电路，所述驱动电路包括电流大小调节器和电流方向调节器，还包括供电电路。3.依据权利要求2所述的纳卫星电磁对接重构设备，其特征在于，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备共用供电电路。4.依据权利要求2所述的纳卫星电磁对接重构设备，其特征在于，所述第一电磁力设备和第二电磁力设备分别采用一根绕线磁棒，所述第一电磁力设备的绕线磁棒上第一线圈的长度矢量为L1、第二电磁力设备的绕线磁棒上第二线圈的长度矢量为L2，L1、L2满足：F为第一电磁力设备和第二电磁力设备之间的作用力，第一线圈的电流为I1、第二线圈的电流为I2，为相对距离的单位矢量，μr为磁芯磁导率。5.依据权利要求4所述的纳卫星电磁对接重构设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雯雯，慕忠成，孙国文，王玮，张科科，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31