太阳帆板展开试验系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种太阳帆板展开试验系统及其操作方法，用于对卫星的太阳电池阵帆板进行地面展开试验，所述太阳帆板展开试验系统包括气浮平台装置、移动式位姿调整平台和自动化测控系统，所述气浮平台装置用于承载所述太阳电池阵帆板，所述移动式位姿调整平台承载并固定所述卫星的星体，所述太阳电池阵帆板与所述星体刚性连接，所述自动化测控系统固定于所述气浮平台装置上，并与所述太阳电池阵帆板在同一水平线上分布；本发明专利技术采取模块化设计的理念，设计符合人机工程学，便于制造、操作与维护；系统具备兼容性，可适用于卫星太阳帆板以及其它活动部件的试验要求。

Solar array deployment test system and its operation method

【技术实现步骤摘要】
太阳帆板展开试验系统及其操作方法
本专利技术涉及卫星测试
，特别涉及一种太阳帆板展开试验系统及其操作方法。
技术介绍
太阳帆板属于航天器能源单机，负责航天器的电能供给，因此帆板展开的可靠性直接关系航天任务的成败。为验证帆板展开的可靠性，需要在地面上进行多次帆板展开试验。帆板展开试验需要地检设备的支持去模拟空间中的无重力环境，传统的帆板桁架式展开装置为桁架与二轴转台。通过二轴转台调整航天器和帆板的位置姿态，再通过桁架、轴承和吊挂将帆板悬空，以抵消帆板自身的重力，进而模拟空间中的无重力环境。然而，桁架的调整和测试需要耗费大量的人力和时间，针对不同型号的帆板，需要对桁架进行相应的调整，增加了工作量和研制生产周期的时间成本。另外，由于帆板属于高精度设备，在展开试验前需要二轴转台对航天器与帆板组合体的位姿进行调整以满足进行试验的条件，这种调整往往通过经纬仪测量配合人工手动操控转台来进行，需要多人协同操作且耗费时间较长。太阳帆板作为整个卫星的能量来源，在发射阶段处于收拢压紧状态，在卫星入轨后要实现展开与对日定向，在变轨时要实现再次收拢。为了保证机构展开的可靠性，需要在地面进行一系列的验证试验，而地面验证试验时重力的存在，会对帆板铰链造成损伤，因此需要设计一套装置来克服重力影响。微型卫星的太阳帆板与普通卫星的太阳帆板相比，具有尺寸小、重量轻、机动性强、成本控制严格、研制周期短等特点。目前，应用于太阳帆板地面展开试验的装置从原理分主要有两种，一种是气浮式，一种是吊挂式。前者利用气足或者悬吊氦气球的方式，相关专利见：一种太阳翼电池板无摩擦地面展开装置(CN103050556B)与氦气球悬挂重力卸载装置(CN203064210U)。气足的方案只能实现平行于气足平面的平移，无法进行翻转试验，同时成本昂贵，需要专用的试验台(超高精度大理石)。悬吊氦气球的方式体积很庞大，往往比帆板的自身的体积要大一倍以上，并需要配备气源等一系列设备，提供的拉力范围有限，试验场所受限。后者的相关专利见：一种零重力悬挂式展开试验装置(专利号：CN201010108589)、一种二维展开太阳翼重力卸载装置(专利号：CN103407589A)、一种悬挂式重力补偿的太阳翼地面三维展开试验装置(专利号：CN103010493A)、追随式零重力模拟试验方法(专利号：CN101482455B)。现有吊挂式专利的方案与本专利讨论的展开试验装置形式不同，吊挂式试验装置摩擦力较大，使用前需要调试桁架，不适用于大型可展开机构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种太阳帆板展开试验系统及其操作方法，以解决现有的航天器与帆板组合体的位姿需要人工操作转台进行调整的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种太阳帆板展开试验系统，所述太阳帆板展开试验系统用于对卫星的太阳电池阵帆板进行地面展开试验，所述太阳帆板展开试验系统包括气浮平台装置、移动式位姿调整平台和自动化测控系统，其中：所述气浮平台装置用于承载所述太阳电池阵帆板；所述移动式位姿调整平台承载并固定所述卫星的星体，所述太阳电池阵帆板与所述星体刚性连接，所述自动化测控系统固定于所述气浮平台装置上，并与所述太阳电池阵帆板在同一水平线上分布；所述自动化测控系统确定所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的目标姿态和目标三维位置；所述自动化测控系统观测所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的实时姿态和实时三维位置；所述自动化测控系统比较所述目标姿态与所述实时姿态，得到方位角偏移量与俯仰角偏移量；所述自动化测控系统比较所述目标三维位置与所述实时三维位置，得到高度偏移量；所述自动化测控系统根据所述方位角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第一平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第一平面上进行旋转；所述自动化测控系统根据所述俯仰角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第二平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第二平面上进行旋转；所述自动化测控系统根据所述高度偏移量控制所述移动式位姿调整平台沿所述第一平面与所述第二平面的公共直线进行升降运动，以带动所述星体在垂直方向进行升降运动；所述第一平面与所述第二平面垂直，所述第二平面为所述太阳电池阵帆板的展开面。可选的，在所述的太阳帆板展开试验系统中，所述气浮平台装置包括大理石平台和气浮垫，其中：所述大理石平台用于承载所述太阳电池阵帆板；所述气浮垫固定在所述太阳电池阵帆板的底部，并放置在所述大理石平台上，所述气浮垫和所述大理石平台之间具有气膜，以减小所述气浮垫与所述大理石平台之间的摩擦力。可选的，在所述的太阳帆板展开试验系统中，所述移动式位姿调整平台包括方位转台、程控移载车、升降装置和翻转装置，其中：所述方位转台能够在第一平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第一平面上进行旋转；所述翻转装置能够在第二平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第二平面上进行旋转；所述升降装置能够进行垂直方向的升降运动，以带动所述星体在垂直方向上升降运动；所述程控移载车能够进行在所述第三平面上进行平移，以带动所述星体在所述第三平面上进行平移，所述第三平面均与所述第一平面及所述第二平面垂直。可选的，在所述的太阳帆板展开试验系统中，所述自动化测控系统包括：立体靶标、安装定位工装、计算机、位置解算模块，以及相机与光源组件，其中：所述立体靶标固定于所述太阳电池阵帆板上，用于向所述相机与光源组件发送所述实时姿态和所述实时三维位置；所述安装定位工装用于固定所述相机与光源组件，以使所述相机与光源组件与所述立体靶标位于同一水平线上；所述相机与光源组件用于观测所述太阳电池阵帆板实时姿态和实时三维位置；所述计算机确定所述太阳电池阵帆板的目标姿态和目标三维位置；所述位置解算模块比较所述目标姿态与所述实时姿态，得到方位角偏移量与俯仰角偏移量；所述位置解算模块比较所述目标三维位置与所述实时三维位置，得到高度偏移量；所述计算机根据所述方位角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第一平面上进行旋转；所述计算机根据所述俯仰角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第二平面上进行旋转；所述计算机根据所述高度偏移量控制所述移动式位姿调整平台进行垂直方向的升降运动。可选的，在所述的太阳帆板展开试验系统中，所述计算机判断所述方位角偏移量是否在第一误差范围内，若是则锁定所述方位转台，否则根据所述方位角偏移量驱动所述方位转台，所述计算机获取所述方位转台的转动角度，判断所述方位转台是否转动到位；所述计算机判断所述俯仰角偏移量是否在第二误差范围内，若是则锁定所述翻转装置，否则根据所述俯仰角偏移量驱动所述翻转装置，所述计算机获取所述翻转装置的转动角度，判断所述翻转装置是否转动到位。可选的，在所述的太阳帆板展开试验系统中，所述计算机判断所述高度偏移量是否在第三误差范围内，若是则锁定所述升降装置，否则根据所述高度偏移量驱动所述升降装置，所述计算机获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳帆板展开试验系统，所述太阳帆板展开试验系统用于对卫星的太阳电池阵帆板进行地面展开试验，其特征在于，所述太阳帆板展开试验系统包括气浮平台装置、移动式位姿调整平台和自动化测控系统，其中：/n所述气浮平台装置用于承载所述太阳电池阵帆板；/n所述移动式位姿调整平台承载并固定所述卫星的星体，所述太阳电池阵帆板与所述星体刚性连接，所述自动化测控系统固定于所述气浮平台装置上，并与所述太阳电池阵帆板在同一水平线上分布；/n所述自动化测控系统确定所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的目标姿态和目标三维位置；/n所述自动化测控系统观测所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的实时姿态和实时三维位置；/n所述自动化测控系统比较所述目标姿态与所述实时姿态，得到方位角偏移量与俯仰角偏移量；/n所述自动化测控系统比较所述目标三维位置与所述实时三维位置，得到高度偏移量；/n所述自动化测控系统根据所述方位角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第一平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第一平面上进行旋转；/n所述自动化测控系统根据所述俯仰角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第二平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第二平面上进行旋转；/n所述自动化测控系统根据所述高度偏移量控制所述移动式位姿调整平台沿所述第一平面与所述第二平面的公共直线进行升降运动，以带动所述星体在垂直方向进行升降运动；/n所述第一平面与所述第二平面垂直，所述第二平面为所述太阳电池阵帆板的展开面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种太阳帆板展开试验系统，所述太阳帆板展开试验系统用于对卫星的太阳电池阵帆板进行地面展开试验，其特征在于，所述太阳帆板展开试验系统包括气浮平台装置、移动式位姿调整平台和自动化测控系统，其中：
所述气浮平台装置用于承载所述太阳电池阵帆板；
所述移动式位姿调整平台承载并固定所述卫星的星体，所述太阳电池阵帆板与所述星体刚性连接，所述自动化测控系统固定于所述气浮平台装置上，并与所述太阳电池阵帆板在同一水平线上分布；
所述自动化测控系统确定所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的目标姿态和目标三维位置；
所述自动化测控系统观测所述太阳电池阵帆板在所述气浮平台装置上的实时姿态和实时三维位置；
所述自动化测控系统比较所述目标姿态与所述实时姿态，得到方位角偏移量与俯仰角偏移量；
所述自动化测控系统比较所述目标三维位置与所述实时三维位置，得到高度偏移量；
所述自动化测控系统根据所述方位角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第一平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第一平面上进行旋转；
所述自动化测控系统根据所述俯仰角偏移量控制所述移动式位姿调整平台在第二平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第二平面上进行旋转；
所述自动化测控系统根据所述高度偏移量控制所述移动式位姿调整平台沿所述第一平面与所述第二平面的公共直线进行升降运动，以带动所述星体在垂直方向进行升降运动；
所述第一平面与所述第二平面垂直，所述第二平面为所述太阳电池阵帆板的展开面。


2.如权利要求1所述的太阳帆板展开试验系统，其特征在于，所述气浮平台装置包括大理石平台和气浮垫，其中：
所述大理石平台用于承载所述太阳电池阵帆板；
所述气浮垫固定在所述太阳电池阵帆板的底部，并放置在所述大理石平台上，所述气浮垫和所述大理石平台之间具有气膜，以减小所述气浮垫与所述大理石平台之间的摩擦力。


3.如权利要求1所述的太阳帆板展开试验系统，其特征在于，所述移动式位姿调整平台包括方位转台、程控移载车、升降装置和翻转装置，其中：
所述方位转台能够在第一平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第一平面上进行旋转；
所述翻转装置能够在第二平面上进行旋转，以带动所述星体在所述第二平面上进行旋转；
所述升降装置能够进行垂直方向的升降运动，以带动所述星体在垂直方向上升降运动；
所述程控移载车能够进行在所述第三平面上进行平移，以带动所述星体在所述第三平面上进行平移，所述第三平面均与所述第一平面及所述第二平面垂直。


4.如权利要求3所述的太阳帆板展开试验系统，其特征在于，所述自动化测控系统包括：立体靶标、安装定位工装、计算机、位置解算模块，以及相机与光源组件，其中：
所述立体靶标固定于所述太阳电池阵帆板上，用于向所述相机与光源组件发送所述实时姿态和所述实时三维位置；
所述安装定位工装用于固定所述相机与光源组件，以使所述相机与光源组件与所述立体靶标位于同一水平线上；
所述相机与光源组件用于观测所述太阳电池阵帆板的实时姿态和实时三维位置；
所述计算机确定所述太阳电池阵帆板的目标姿态和目标三维位...

【专利技术属性】
技术研发人员：解放，林宝军，季毅巍，刘佳伟，蒋桂忠，刘迎春，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海;31