空间飞行器设计第10讲

第10讲航天器的基本组成110.1结构分系统3航天器结构外形与仪器总体布局及总装有关，同时也与姿态控制方式密切相关。功用：在满足总体布局要求前提下，构成卫星

整体；在静态情况下承受卫星载荷，支承

卫星；在动态情况下传递运载火箭和远地

点发动机的推力，承受各种力学环境载荷。5二、不同姿态控制方式的卫星构形自旋稳定控制卫星的构形特点：1)卫星整体呈绕自旋轴的对称结构;自旋星体上一般贴有太阳能电池片；对圆柱形卫星，一般要求直径大于高度，以提高对自旋轴的转动惯量。67结构简单，不需要携带能源，易于稳定，

可靠性高的优点。在早期的中小型人造天体上

应用较多。如美国的信使、先驱者5号、探险者

1号至7号卫星上，都采用了自旋稳定姿控系统。自旋稳定的缺点是控制精度较低，大约在1º—5º间，并且只有固定不变的方向，没有调整机动的余地。8重力梯度稳定，精度3°1112重力梯度稳定仅适用于控制精度要求不高的人造天体。例如导航卫星。重力梯度稳定最大的优点是不需要任何电源，也不需要姿态敏感器，因而这种控制方法简单、可靠、经济，特别适宜于长期运行。其缺点是控制精度较低。美国在子午仪导航卫星、头两颗测地卫星和应用技术卫星中都运用过这种稳定方式。133.三轴稳定控制卫星的构形无明显构形特点，构形比较自由。系统由下列3个子系统组成：姿态敏感器：指向敏感对象（地球、太阳、特定恒星等）；姿态控制器：冷气、发动机、飞轮系统

姿态控制执行器：在俯仰、偏航和滚动三个轴各装一对推力相反的共6个推力器145法国地球观测卫星16三轴稳定，精度0.2°17三、其它方式的卫星构形1.单太阳帆板卫星的构形太阳帆板只安装在卫星的一个侧，也就是说要求一侧对太阳而另一侧不对太阳的构形。因为卫星有效载荷上有制冷设备。18中巴资源卫星19202.有合成孔径雷达的对地观测卫星的构形21特点：合成孔径雷达具有一副大的、展开式帆板天线。载有合成孔径雷达的卫星在构形上至少有两副大的帆板式构件。载有合成孔径雷达的卫星其两副大的帆板式构件功能各异。其中一副对地，为雷达天线；另一副对太阳，为太阳能电池帆板。223.搭载卫星的构形在运载火箭发射主卫星时有富裕的载荷质量和箭头空间，允许顺便搭载发射的卫星。此类卫星的构形受运载火箭所规定的搭载条件（允许的尺寸、质量和外形等）、规定的装配和接口等制约。搭载卫星的构形因其所搭载的运载器的条件而呈现多样性，无一般规律性。24但对一定的运载火箭，所能搭载的卫星构形相对而言是规范化的。2510.1.2卫星结构的分类卫星是由各种结构组件组合而成的，这些结构按其功能可作如下分类：外壳结构保证所要求的结构外形、及必要的表面性质，如对光或无线电波的反射、吸收等。同时，

外壳结构应能抵御空间高能粒子的辐射。承力结构：传递火箭推力，是承受卫星的超重等载荷的主要承力件。26密封结构：主要承受内压。其功能是在宇宙空间环境内，人工建立一个适宜的环境，使其保持一定的温度、气压等，供某些精密仪器安装，和保证其正常工作。另有各种液体和气体容器等密封结构。能源仪器安装面结构：提供仪器设备安装所必需的安装面。保证仪器的安装精度，要有足够的强度、刚度来保证变形不超过容许限度。27能源结构：主要指安装电池的结构，包括固定结构和能收拢、展开太阳能电池帆板的结构。应能保证在发射过程中及入轨后结构本身和电池不受损坏并能正常供电。天线结构：如鞭状天线、拉杆天线、喇叭形天线、抛物面形天线结构等。其设计有多种特殊要求。如抛物面天线结构要求在剧烈的温度变化下热胀冷缩尽量小。287.防热结构：防止卫星回收时高温传入结构内部，这是返回式卫星的一个主要部分。除此以外，还有连接和分离装置（保证其与运载火箭的连接与分离），以及其他重要机构，如太阳能电池帆板的锁紧和伸展机构、各种舱门的铰链机构等。并不是所有卫星均具有上述结构。结构还可按力学性能分为：柔性、刚性、半刚性结构。2910.2.1无源温度控制1.无源被动式控制

(1)喷涂涂层不同材料涂层有不同的吸收率 和辐射率 ，在仪器表面喷涂这些材料，如镀金、喷涂白漆、黑漆、铝粉漆等。或者通过金属材料的表面机械加工的办法来获得所需的

/ 系数比，如机械抛光、电抛光、阳极化处理等。3135自旋稳定法探索者1号(Explorer

1)双自旋结构362.重力梯度稳定法37重力梯度杆伸展383.磁力稳定法利用地球这个大磁场和磁铁同性相斥、异性相吸的特性。在卫星一个面上装上一个电磁铁,以使有磁铁的一面永远指向地球。缺点：易受磁场变化的影响；由于卫星与地球相距遥远，地磁对卫星的吸引也很弱，故控制能力较弱。394.三轴稳定法由与星固连的三根轴——俯仰轴、偏航轴和滚动轴来确定卫星的姿态。星体本身不自转，但依靠卫星上的一些气体喷嘴、反作用轮和测量姿态偏差用的感应元件，使卫星在三个轴向上维持稳定的取向。俯仰轴——控制卫星的上下摆动；

偏航轴——控制星体正对轨道路线；滚动轴——控制向轨道左右摆动和倾斜。405.姿态传感器42是用于判断卫星姿态的一种装置。有利用天体位置传感的太阳传感器、恒星传感器；利用地球物理现象传感的红外线传感器、地磁姿态仪；利用无线电信标的电波极化面传感器；利用惯性的陀螺仪等。43卫星上的南北两个红外线传感器，其夹角为6.5

º。卫星自旋时，传感器对地球扫描，可感知地球辐射波长在5μm以上的红外线。由温度（3K~300K）探知地球的边缘，并发出一脉冲信号。每扫描一次具有两个边缘点，当卫星姿态正确时，该南北两个脉冲同时；当卫星自旋轴倾斜时，两脉冲具有相位差。三轴稳定卫星一般用红外线传感器探测俯仰和滚动误差，而用太阳传感器探测偏航误差。444510.3.3轨道控制方法轨道控制的范围很广。如变轨控制、轨道校正、轨道保持、交会、对接、返回再入和落点控制等。这里主要是指轨道保持。轨道保持即克服摄动影响，使卫星某些参数保持不变的控制。对地静止卫星的轨道控制主要靠星体上的轴向喷嘴和横向喷嘴来完成。其中轴向喷嘴控制纬度方向的漂移，横向喷嘴控制经度方向的漂移（即环绕速度发生变化）。4610.4电源分系统48电源分系统堪比卫星的心脏。卫星的特性要求电源分系统具有体积小、重量轻、效率高、寿命长，高稳定地输出足够的电能的特点。星上能源系统由一次能源、二次能源和供配电、电缆网组成。一次能源包括太阳能电池、蓄电池和控制器等。实用通讯卫星一次能源采用物理电源和化学电源联合供电方式。491.硅太阳能电池在宇宙空间，每分钟辐射到近地空间的太阳能约1400W/m2。硅太阳能电池是一种由高效能的光电变换元件制成，将太阳能转变为电能的装置。常见的是N－P型单晶硅半导体做成的矩形小薄片，有20×20,20×40,40×40mm2多种。一般先由5片串联再几组并联而构成电池阵。502.化学电池常用镍镉（Ni－Cd）。在卫星进入阴影区时使用，与太阳能电池并接。非星蚀时，蓄电池被充电；星蚀时，蓄电池需供电，故充放