一种用于微小卫星的平台安全保障系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于微小卫星的平台安全保障系统，该平台安全保障系统主要包括电源管理及供配电模块、数据接口模块、热控管理模块、系统处理器模块和存储器模块，所述电源及供配电模块、数据接口模块和热控管理模块通过集成组合的方式组成平台核心控制板，所述平台核心控制板与姿轨控扩展板、测控通信板共同组成平台核心单元，本发明专利技术将替代传统卫星的平台安全保障方式，从以往的调度保障转为基于平台核心保障系统的直接保障，在轨任何情况下，通过最底层的硬件逻辑，保障卫星的能源、温度、姿态的安全性，同时也能够在任何情况下保障整星软件重构的数据通道正常，整星状态恢复的关键数据存储正常。数据存储正常。数据存储正常。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微小卫星的平台安全保障系统


[0001]本专利技术涉及卫星安全
，具体为一种用于微小卫星的平台安全保障系统。

技术介绍

[0002]在当前的航天领域，质量是产品的生命线，而随着国家政策的主导以及商业航天技术的发展，基于工业级器件的低成本卫星研制需求不断上涨、发射数量越来越多，例如SpaceX的星链卫星、国内商业航天厂商的各种微小卫星等，虽然这些商业卫星基于工业级器件，但是为了满足卫星服务质量，卫星在轨工作的可靠性是必须要保证的。
[0003]但是目前主流的微小卫星平台组成，按照功能划分主要包含：电源系统、综合电子系统、测控通信机、姿控系统等，各个系统单机相对独立，之间的信息交互通过复杂的电缆网连接，这样导致信息交互路径长且多，导致效率低下，容错率低，可靠性较低，且目前的卫星平台控制及管理主要依托于综合电子系统单机，如果卫星在任务期间发生某种故障，需要首先保障卫星平台的正常运行，即就是要保障卫星的能源、遥控遥测、热控和姿态，之后再进行故障分析和恢复，同时由于卫星平台单机之间复杂互联的受限，主要由综合电子系统进行调度，电源系统单机、测控系统单机、姿控系统单机等进行配合来保障卫星平台核心功能，此种调度方式低效且容错率低，再者在综合电子单机发生故障时，卫星平台便没有了保障，由此导致的能源不足、热控失效、遥控遥测失效的问题，使得地面测控人员不具备条件进行故障分析和上注修复，之后卫星也将快速的报废，造成人力、物力的浪费。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种用于微小卫星的平台安全保障系统，可以有效解决上述
技术介绍
中提出的目前主流的微小卫星平台的各个系统单机相对独立，之间的信息交互通过复杂的电缆网连接，使信息交互路径长且多，导致效率低下，容错率低，可靠性较低，目前的卫星平台单机之间复杂互联的受限，调度方式低效且容错率低，目前的综合电子单机发生故障时，卫星平台便没有保障，容易导致能源不足、热控失效和遥控遥测失效的问题，且卫星也将快速的报废，造成人力、物力的浪费的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于微小卫星的平台安全保障系统，包括电源管理及供配电模块、数据接口模块、热控管理模块、系统处理器模块和存储器模块；所述电源及供配电模块、数据接口模块和热控管理模块通过集成组合的方式组成平台核心控制板，所述平台核心控制板、姿轨控扩展板和测控通信组共同组成平台核心单元，所述平台核心单元最终作为微小卫星平台管理的实体单机。
[0006]根据上述技术方案，所述电源管理及供配电模块与卫星的太阳电池阵、锂电池组及其他电系统单机连接，管理整个卫星的能源及分系统单机的供配电。
[0007]根据上述技术方案，所述数据接口模块通过CAN\SPI\UART等通信接口与卫星各分系统单机的信息接口进行连接，主要收集来自各分系统单机的遥测数据，同时转发来测控
通信机的指令数据。
[0008]根据上述技术方案，所述热控管理模块包括温度传感器和加热器，且热控管理模块与卫星各局部的温度传感器进行连接，用以获取卫星各个局部点的温度数据信息，同时热控管理模块与卫星各局部点加热器连接，用来控制卫星内部单机的工作环境温度。
[0009]根据上述技术方案，所述系统处理器模块主要基于FPGA及ARM来作为系统的处理器，主要由FPGA来实现各种高速低延时的控制，具体包括电源管理、数据接口管理及热控管理；ARM内核主要进行复杂的浮点运算，实现复杂的姿控算法及其他需要复杂计算的控制逻辑。
[0010]根据上述技术方案，所述存储器模块与FPGA的高速接口进行连接，主要存储卫星关键数据信息。
[0011]根据上述技术方案，所述平台安全保障系统在具体保障安全的过程中包括如下实现过程：在综合电子主备机都异常时导致卫星平台失控，相应的姿控功能、热控功能、遥控遥测和能源管理功能全部失效，此时姿态失控，会导致太阳电池阵发电能量快速下降，卫星无法维持能量平衡；紧接着卫星能源不足，无法维持其他次要分系统单机工作，也无法维持卫星的热控，最后地面失去了卫星的遥控遥测，无法在较短时间内修复故障，则卫星运行几轨之后锂电池组电量消耗殆尽，卫星也处于极冷环境，电系统无法工作；在综合电子单机出现故障时，平台安全保障系统立即接管卫星平台的控制和管理。
[0012]根据上述技术方案，在平台安全保障系统保障安全的过程中，当卫星能源急速下降时，平台安全保障系统通过数据接口模块轮询获取各个分系统单机的关键工作数据，存储在非失性存储器中，然后按照重要等级对载荷系统、综合电子系统主备机、测控系统备机、GNSS备机、姿轨控系统进行顺序断电，以此来降低整星功耗，延长卫星锂电池组使用时间；在维持能源安全时，对其他各分系统断电前获取并存储卫星工作关键数据，如工作模式、状态标志位，然后直接控制卫星姿态使太阳电池帆板对日定向。
[0013]根据上述技术方案，在平台安全保障系统保障安全的过程中，因卫星功耗减小导致热平衡失控，此时平台安全保障系统对其他关机的单机进行加热保温，将其温度维持在最低储存温度，对目前还在工作的单机进行加热，将其维持在工作环境温度的最小要求值；联合测控通信机将目前卫星平台的能源、热控、姿轨控遥测下传地面，并接收来自地面的指令。
[0014]根据上述技术方案，在平台安全保障系统保障安全的过程中，平台安全保障系统接收来自地面的修复数据并存储，在卫星能源恢复到正常水平后，重新对综合电子单机加电，重新加电后，综合电子单机读取修复数据对自身进行升级，直到综合电子系统软件故障被修复，综合电子系统正常工作后，平台安全保障系统退出卫星平台的控制及管理工作，卫星回到正常工作状态；在地面尝试修复故障时，平台安全保障系统存储来自地面的升级修复数据，以使
得综合电子单机重新加电后进行读取，并修复自身。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术结构科学合理，使用安全方便：1、替代传统卫星平台安全保障方式，从以往的调度保障转为基于平台核心保障系统的直接保障，在轨任何情况下，通过最底层的硬件逻辑，保障卫星的能源、温度、姿态的安全性，同时也能够在任何情况下保障整星软件重构的数据通道正常，整星状态恢复的关键数据存储正常，此外，在综合电子单机失效时，维持卫星平台的核心功能，保障能源、遥控遥测、热控和姿态，为地面人员提供修复时间和修复条件。
[0016]2、通过平台核心控制板来承担卫星平台安全保障工作，平台核心控制板自身集成了电源及供配电模块、数据接口模块、热控管理模块，并可通过信息接口扩展测控通信模块、姿轨控组件和GNSS组件来组成平台核心单元，再通过能源接口扩展太阳电池阵和锂电池组组件，实现了完整的卫星平台核心单元，该平台核心单元作为卫星平台管理的实体单机，解决了当前卫星平台独立单机之间信息交互路径长且多，信息交互效率低下，容错率低，可靠性较低的问题，提高了卫星平台管理的效率。
附图说明
[0017]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：包括电源管理及供配电模块、数据接口模块、热控管理模块、系统处理器模块和存储器模块；所述电源及供配电模块、数据接口模块和热控管理模块通过集成组合的方式组成平台核心控制板，所述平台核心控制板、姿轨控扩展板和测控通信组共同组成平台核心单元，所述平台核心单元最终作为微小卫星平台管理的实体单机。2.根据权利要求1所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述电源管理及供配电模块与卫星的太阳电池阵、锂电池组及其他电系统单机连接，管理整个卫星的能源及分系统单机的供配电。3.根据权利要求2所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述数据接口模块通过CAN\SPI\UART等通信接口与卫星各分系统单机的信息接口进行连接，主要收集来自各分系统单机的遥测数据，同时转发来自测控通信机的指令数据。4.根据权利要求1所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述热控管理模块包括温度传感器和加热器，且热控管理模块与卫星各局部的温度传感器进行连接，用以获取卫星各个局部点的温度数据信息，同时热控管理模块与卫星各局部点加热器连接，用来控制卫星内部单机的工作环境温度。5.根据权利要求1所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述系统处理器模块主要基于FPGA及ARM来作为系统的处理器，主要由FPGA来实现各种高速低延时的控制，具体包括电源管理、数据接口管理及热控管理；ARM内核主要进行复杂的浮点运算，实现复杂的姿控算法及其他需要复杂计算的控制逻辑。6.根据权利要求1所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述存储器模块与FPGA的高速接口进行连接，主要存储卫星关键数据信息。7.根据权利要求1所述的一种用于微小卫星的平台安全保障系统，其特征在于：所述平台安全保障系统在具体保障安全的过程中包括如下实现过程：在综合电子主备机都异常时导致卫星平台失控，相应的姿控功能、热控功能、遥控遥测和能源管理功能全部失效，此时姿态失控，会导...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，周伟伟，廖振华，姜琦，赖中掌，
申请(专利权)人：地卫二空间技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：