结构机构和热控分系统设计

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1、第九讲结构机构和热控分系统设计2014年4月17日1、结构与机构分系统设计3（1）结构与机构分系统的功能航天器结构与机构分系统可以统称为航天器机械分系统。它为卫星的所有其他分系统提供机械支撑，把卫星安装到运载火箭上，并为启动火工装置的分离动作创造条件。（2）结构分系统的功能1）卫星结构定义：是支承卫星中有效载荷以及其他各分系统的骨架。2）结构分系统的作用：是连接并支撑各个分系统的仪器设备，使其形成完整的航天器整体，并具有规定的刚度和能承受运载火箭及地面运输时的各种力学环境。43）结构分系统的组成

2、结构分系统：主结构+次结构+特殊功能结构1）主结构，主承力结构，是所有卫星部件在运载火箭上的支撑，是从运载火箭到卫星的主要载荷传递路径，也可包括星箭对接段和发动机支架：中心承力筒、构架式、舱体式2）次结构，设备支架，外壳3）特殊功能结构：包括防热结构、密封结构、天线结构和太阳电池翼结构等。54）卫星结构分系统的功能：1）承受和传递卫星上所有载荷，2）为卫星有效载荷和其他分系统提供所需的安装空间、安装位置、安装方式，把它们连成一个整体，满足各自要求，便于装卸、操作和维护，3）为卫星有效载荷和其他分

3、系统提供有效的环境保护，4）为星上某些特殊的有效载荷或其他分系统提供所需的刚性支承条件，传感器所需精度等，5）为星上某些特殊的有效载荷或其他分系统提供所需的物理性能，导热、绝缘等6（3）机构分系统的功能1）卫星机构的定义：是卫星上产生动作的部件，至少由一个运动部件和一个动力源及反馈装置组成。机构的作用是使航天器上各种可活动部件具有连接和分离，或收拢和展开的功能。机构主要有压紧释放机构（太阳电池阵或天线）、展开结构（太阳电池阵或天线）、锁定结构、连接分离机构（舱段连接）、驱动机构（SADA）、消旋

4、机构和缓冲结构等。2）卫星机构的功能：1）形成和释放星上部件的连接或紧固状态2）使卫星与运载火箭之间或星上各部件之间相互分离3）使星上部件展开到所需位置或展开成所需形状4）使星上部件保持指向规定的目标7(4)对结构与机构分系统的要求其要求主要包括结构的外形尺寸；主承力构件的形式（包括传力线路的分析）；次结构件的设计要求（安装仪器设备的位置、尺寸和质量）；对结构分系统的质量分配，质心位置的确定;对航天器系统的刚度提出要求(包括天线和太阳翼收拢和展开状态)；与运载火箭接口设计要求；对结构提出整星起吊

5、接头设计、停放支座设计、基准面要求；对结构各部段尺寸精度要求；卫星坐标系的确定（如航天器与运载火箭对接的轴线，入轨后该轴线是朝飞行方向还是对地方向，或是背地方向等）；热控对结构件或材料的要求（如静止轨道固体远地点发动机外需设计有耐高温的隔热屏）,返回航天器的耐热烧蚀要求以及密封要求等，另外要有较高的可靠性。8（5）结构和机构的设计的主要过程1）确定要求：--任务--运载工具：强度、刚度、模态、接口、包络、重量振动、噪声、冲击星箭耦合分析--工作环境：生产—任务完成2）结构布局--分系统要求：自旋

6、惯量、视场、指向、羽流--外轮廓---可接近性：蓄电池更换、落焊--可生产性--确定负载路径、质心9（5）结构和机构的设计过程3）设计方案选择：--结构型式--材料：铝、4）仿真分析和试验--设计分析--仿真---可接近性--可生产性--确定负载路径--试验10a.承力筒式11b.箱板式12c.桁架式13d.外壳式14e.混合式常见结构三棱柱结构扩展性和适应性强资源利用低整体构型布局难承力筒板式结构主要适于大型卫星纯板式结构承载能力弱500kg以内框架面板式结构承载能力大2、热控分系统设计17（

7、1）热控分系统的功能卫星热控制就是通过对卫星内外的热交换过程控制，保证星体各个部位及星上仪器设备在整个任务期间都处于正常工作的温度范围。热控制有被动式热控制和主动式的热控制。外热源：太阳6000K（1353W/m2）地球辐射为主、4K冷空间、无对流—微重力18（2）对热控分系统的要求热控分系统和其它各个分系统都有关系。它的任务是保证各个分系统在轨运行各个阶段的工作温度范围。航天器上各类设备的要求大致有：*一般电子设备的工作温度范围是0°～40°；*镉镍蓄电池的工作温度范围是5°～20°；*太阳电

8、池的工作温度范围是控制在-100°～+100°（但从要求来说，应控制在低端，因为工作温度越低，太阳电池的效率就越高）；*液体推进剂的温度要求保持在7°～35°（所以，连接到小推力器的管路几乎都要加热）；19*红外相机敏感器要求在极低温度下工作（低于120°K）；*高分辨率相机对工作温度范围要求极高（有的要求控制在±０．５～2°内）其它和热控分系统设计有关的要求还有：轨道高度、太阳角、卫星结构材料、仪器设备的发热量、天线及太阳翼的遮挡等。20２）常用的一些热控分系统的方法热控分系统一般采用的方法可