复杂约束条件下的高分三号卫星系统设计

高分三号(GF-3)卫星是中国首颗民用平面相控阵SAR卫星,配置一套大型平面相控阵雷达天线,由于载荷尺寸大、质量大、功耗大、热耗大和电磁复杂特点,在卫星系统设计过程中采用了面向复杂约束条件下的系统综合设计方法。文章在梳理GF-3卫星载荷约束的基础上,提出了SAR卫星系统设计思路,详细介绍了围绕SAR载荷开展的面向机、电、热、磁等方面系统设计方案的选择与优化过程,并重点在SAR天线体制、结构形式、热控方案、机构要求,以及供配电状态和太阳翼方案等方面,给出了系统综合设计结果。     

一种大功率SAR卫星电源系统设计

SAR卫星电源系统具有大功率脉冲供电、响应速度快的特点。文章分析和总结了国外SAR卫星供电拓扑结构,提出了一种具有并网供电功能的双母线SAR卫星供电拓扑结构。通过在平台母线和SAR载荷母线之间的并网控制器,实现故障时SAR载荷母线对平台负载并网供电,提高了供电可靠性。文章还给出了并网控制器在轨使用策略,地面和在轨测试验证了电源系统设计的正确性,可为我国后续大功率SAR卫星电源系统设计提供参考。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

一种小型SAR卫星电源系统设计

合成孔径雷达(SAR)卫星电源系统具有大功率脉冲供电、响应速度快的特点。文章在分析小型SAR卫星用电需求和设计约束的基础上,提出了一种适应于小型SAR卫星的电源拓扑结构。电源系统采用复合母线体制,在低压不调节母线基础上生成一条全调节母线和一条高压不调节母线,利用全调节母线为平台负载设备供电,利用高压不调节母线为SAR载荷供电。电源系统为平台、SAR载荷分别配置能量型锂离子蓄电池组和功率型锂离子蓄电池组,有效保证卫星负载的不同用电需求。该电源系统方案可为我国后续小型大功率SAR卫星电源系统设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星结构设计与验证

根据有效载荷硬X射线调制望远镜(HXMT)质量大且集中安装的特点及总体构型布局,提出了一种卫星结构设计方案。通过简、短、直接的主传力路径设计,多组动量轮一体化安装的高刚度支架设计,大面积、高悬臂薄壁遮阳板结构的刚度改进设计,实现了硬X射线调制望远镜的高刚度、高精度安装,提高了遮阳板结构的刚度,解决了动量轮安装点动力学响应放大的问题。经力学仿真分析、地面试验和在轨试验,验证了卫星结构设计的正确性和合理性。HXMT卫星的结构设计思路及验证方法可为后续卫星结构设计提供参考。     

高分三号卫星SAR工作模式与载荷设计

高分三号(GF-3)卫星为满足多样化的用户需求,其合成孔径雷达(SAR)载荷具有高分辨率、宽覆盖、多极化、多工作模式、高图像质量等特点,设计难度大。文章进行了任务需求分析,确定了SAR载荷总体实现方案,给出了SAR各工作模式的设计。在此基础上,进一步给出了SAR载荷的设计,即采用大规模有源相控阵天线技术,并结合灵活的中央电子设备,使其能够实现复杂工作模式下的高质量成像,满足任务需求。     

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。     

高分三号卫星飞行程序设计与在轨验证

高分三号(GF-3)装载有大型合成孔径雷达(SAR)天线及大型太阳翼,因此在其飞行程序设计中要重点考虑太阳翼和SAR天线的展开设计,以及它们的展开对卫星的扰动力矩和姿态的影响。通过分析显示:太阳翼展开对卫星姿态角和姿态角速度影响较大,为此对几种太阳翼展开未锁定的情况作出故障预案;通过分析SAR天线展开的动力学特性,以及SAR天线展开对卫星姿态的影响,进行相应设计,并为实现SAR天线展开可控,采取相应措施。GF-3卫星在轨验证结果表明:太阳翼和SAR天线展开结果良好,飞行程序设计合理有效。     

一箭多星发射直接入轨的卫星构型研究

针对中、高轨道一箭多星发射直接入轨的需求,基于卫星与运载火箭的接口、环境条件、包络与操作要求等约束,对卫星构型形式进行了研究。比较了一箭多星发射的几种卫星构型方案（包括中心承力筒式、板筒式、板架式和桁架式构型）,研究了星箭接口选用包带式和点式爆炸螺栓两种连接分离装置的适用性,并据此提出优选桁架式卫星构型和点式爆炸螺栓星箭接口形式,可为卫星结构特性优化和卫星平台通用化奠定基础。     

机器人在卫星舱板装配中的应用研究

因卫星部分外舱板上需要安装有效载荷,而载荷与卫星主结构之间有多束电缆连接。舱板的安装通常需要使用翻转工装,为了保证舱板的安装精度,在装配过程中要求多名装配工人相互配合才能完成。文章对目前卫星舱板装配过程进行了分析,结合舱板安装实际,提出了机器人辅助自动化装配、半自动化装配方案及其运动路径基本算法。方案的实现有助于推动卫星自动化装配的进程,并提高装配工作效率。