一种星链堆叠卫星发射火箭的制作方法

1.本技术涉及火箭技术领域，尤其涉及一种星链堆叠卫星发射火箭。


背景技术：

2.可堆叠平板卫星的研制将有助于卫星的批量制造以及大规模星座的快速部署，依托运载火箭快速组网，低轨星座互联网就能够快速建立。
3.与传统的卫星不同，可堆叠平板卫星是基于星箭一体化设计实现的一种标准化的堆叠式卫星。每块可堆叠平板卫星携带一块太阳能电池板，该太阳能电池板在发射时可折叠起来，形成一块平板结构，多个可堆叠平板卫星通过紧凑的堆叠即可实现整流罩空间的高效利用。并且，可堆叠平板卫星是基于星箭一体设计的，因此需设计一款专门的运载火箭，以满足可堆叠平板卫星多批量的发射任务。
4.可堆叠平板卫星最主要的应用场景就是批量制造以及大规模星座的快速部署，而传统运载火箭可满足大吨位、大载荷发射任务，在运载火箭的设计和卫星部署的理念是属于独立设计，有着明确的设计指标和边界，并不适用于运载多颗可堆叠平板卫星。
5.因此，如何使运载火箭可满足多颗可堆叠平板卫星的发射，以通过一次发射任务完成多轨道面任务卫星的部署，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种星链堆叠卫星发射火箭，以使运载火箭可满足多颗可堆叠平板卫星的发射，以通过一次发射任务完成多轨道面任务卫星的部署。
7.为解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：
8.一种星链堆叠卫星发射火箭，包括：一子级、二子级和多个助推器；其中，一子级由下至上依次为一级尾段、一级后过渡段、一级燃料箱段、一级箱间段、一级氧箱段和一二级间段；一级发动机位于一级尾段中，一级燃料箱位于一级燃料箱段中，一级氧箱位于一级氧箱段中，一级氧箱和一级燃料箱连通至一级发动机；二子级由下至上依次为二级燃料箱段、二级箱间段、二级氧箱段、仪器舱、转接框、载荷支架和整流罩；二级发动机的喷管位于一二级间段中，二级燃料箱位于二级燃料箱段中，二级氧箱位于二级氧箱段中，二级氧箱和二级燃料箱连通至二级发动机；转接框的下端与仪器舱的上端固定连接，转接框的上端与载荷支架的下端固定连接，载荷支架的上端用于安装可堆叠平板卫星；载荷支架、载荷支架和可堆叠平板卫星被包络至整流罩内，并且整流罩与转接框外部固定连接；在仪器舱内设置有反作用力控制系统，以控制二子级的滚动方向，在仪器舱内设置有末修动力系统喷管，并且末修动力系统喷管的喷口伸至仪器舱的外部；多个助推器设置于一子级的外侧，以为一子级提供助推动力。
9.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，助推器由下至上依次为助推尾段、助推后过渡段、助推燃料箱段、助推箱间段、助推氧箱段和助推头段，助推发动机位于助推尾段中，助推燃料箱位于助推燃料箱段中，助推氧箱位于助推氧箱段中，助推氧箱和助
推燃料箱连通至助推发动机。
10.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，一子级的外侧具有两台助推器，并且两台助推器分布至一子级的两侧，与一子级分布于一条直线上。
11.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，多个可堆叠平板卫星由下至上层叠至载荷支架的上端，并且最上端的可堆叠平板卫星的侧面具有固定翼，固定翼上具有贯通上下固定孔；载荷支架上具有固定孔；导向承力柱的下端固定至载荷支架的固定孔内，导向承力柱的上端穿过固定翼上的固定孔，并且其上端与固定螺母连接，以将多个可堆叠平板卫星堆叠固定至载荷支架上。
12.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，位于上层的可堆叠平板卫星的下端向下凸有定位凸起，位于下层的可堆叠平板卫星的上端向下凹有定位凹槽，位于上层的可堆叠平板卫星的定位凸起伸入位于下层的可堆叠平板卫星的定位凹槽内。
13.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，一级氧箱、一级燃料箱、二级氧箱、二级燃料箱均采用氦气闭式增压系统。
14.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，氦气闭式增压系统包括：高压气瓶、过滤器、多个电磁阀和多个孔板；高压气瓶连接的过滤器的一端，过滤器的另一端连接至多个电磁阀的一端，一个电磁阀的另一端连接至一个孔板的一端，每个孔板的另一端汇总后连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱的上端。
15.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，氦气闭式增压系统具有三个电磁阀和三个孔板，以形成三路加压气路。
16.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，氦气闭式增压系统还包括：箱压传感器；箱压传感器的一端连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱，以采集一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱内压力，箱压传感器的另一端连接至电磁阀，以使三路加压气路均受箱压传感器的控制。
17.如上所述的星链堆叠卫星发射火箭，其中，优选的是，一子级和二子级均具有航电系统；航电系统包括：速率陀螺、惯性导航、制导指令系统、飞行控制组合和执行机构；速率陀螺、惯性导航、制导指令系统采集信号，并且将采集的信号传输给飞行控制组合，飞行控制组合对信号进行处理并向执行机构发送控制指令，执行机构根据控制指令操纵执行设备，以实现俯仰、偏航和滚动三个通道的姿态控制。
18.相对上述背景技术，本技术所提供的星链堆叠卫星发射火箭可以满足多颗可堆叠平板卫星的发射，以通过一次发射任务完成多轨道面任务卫星的部署。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的示意图；
21.图2是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的二子级与可堆叠平板卫星处于未分离状态下的示意图；
22.图3是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的二子级与可堆叠平板卫星处于开始分离状态下的示意图；
23.图4是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的二子级与可堆叠平板卫星处于已经分离状态下的示意图；
24.图5是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的氦气闭式增压系统的示意图；
25.图6是本技术实施例提供的星链堆叠卫星发射火箭的航电系统的示意图。
具体实施方式
26.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。另外，诸如“上”、下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释两个部件之间的位置关系。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
27.如图1所示，本技术提供了一种星链堆叠卫星发射火箭，包括：一子级110、二子级120和多个助推器130。
28.其中，一子级110由下至上依次为一级尾段111、一级后过渡段112、一级燃料箱段113、一级箱间段114、一级氧箱段115和一二级间段116，也就是一级尾段111的上端与一级后过渡段112的下端固定连接，一级后过渡段112的上端与一级燃料箱段113的下端固定连接，一级燃料箱段113的上端与一级箱间段114的下端固定连接，一级箱间段114的上端与一级氧箱段115的下端固定连接，一级氧箱段115的上端与一二级间段116的下端固定连接；一级发动机位于一级尾段111中，一级燃料箱位于一级燃料箱段113中，一级氧箱位于一级氧箱段115中，一级氧箱和一级燃料箱连通至一级发动机，以为一级发动机提供燃料和氧。
29.作为一个例子，一子级110直径为3.35m；3台85吨级液氧燃料液体发动机呈一字形排列在一级尾段111中，并且保证其地面比冲291.3s，发动机混合比2.8，通过这3台85吨级液氧燃料液体发动机的摇摆提供控制力矩，并且发动机具备单次任务启动次数大于三次的能力，推力调节可达到40％—100％，启动加速性小于2秒，发动机摆角
±
8度，推质比大于90。
30.多个助推器130设置于一子级110的外侧，以为一子级110提供助推动力。作为一个例子，助推器130与一子级110之间采用超静定捆绑形式，具体采用后主传力结构形式，助推主捆绑机构211设置在一级后过渡段112，通过球头座和球头形式，形成三自由度后主传力捆绑，在一级箱间段114和一级氧箱段115中的一级氧箱的前短壳处设置助推捆绑连杆机构212，每个助推器130与一子级110均采用三根捆绑机构(两根助推捆绑连杆机构212和一根助推主捆绑机构211)，将一子级110和助推器130捆绑，形成过定位约束，提升整体的模态响应。可选的，一子级110的外侧具有两台助推器130，并且两台助推器130分布至一子级110的两侧，与一子级110分布于一条直线上。
31.可选的，助推器130由下至上依次为助推尾段131、助推后过渡段132、助推燃料箱段133、助推箱间段134、助推氧箱段135和助推头段136，也就是助推尾段131的上端与助推后过渡段132的下端固定连接，助推后过渡段132的上端与助推燃料箱段133的下端固定连
接，助推燃料箱段133的上端与助推箱间段134的下端固定连接，助推箱间段134的上端与助推氧箱段135的下端固定连接，助推氧箱段135的上端与助推头段136的下端固定连接；助推发动机位于助推尾段131中，助推燃料箱位于助推燃料箱段133中，助推氧箱位于助推氧箱段135中，助推氧箱和助推燃料箱连通至助推发动机，以为助推发动机提供燃料和氧。
32.二子级120由下至上依次为二级燃料箱段121、二级箱间段122、二级氧箱段123、仪器舱124、转接框125、载荷支架126和整流罩127，也就是二级燃料箱段121的下端与一二级间段116的上端固定连接，二级燃料箱段121的上端与二级箱间段122的下端固定连接，二级箱间段122的上端与二级氧箱段123的下端固定连接，二级氧箱段123的上端与仪器舱124的下端固定连接；二级发动机的喷管位于一二级间段116中，在一子级110和二子级120分离时，一二级间段116的上端为一二级分离面；二级燃料箱位于二级燃料箱段121中，二级氧箱位于二级氧箱段123中，二级氧箱和二级燃料箱连通至二级发动机，以为二级发动机提供燃料和氧；转接框125的下端与仪器舱124的上端固定连接，转接框125的上端与载荷支架126的下端固定连接，载荷支架126的上端用于安装可堆叠平板卫星；转接框125、载荷支架126和可堆叠平板卫星被包络至整流罩127内，并且整流罩127与转接框125外部固定连接，以在整流罩127分离时刻，通过转接框125外部旋转将整流罩127与转接框125分离。
33.另外，在仪器舱124内设置有反作用力控制系统(冷气rcs系统)，以控制二子级120的滚动方向；在仪器舱124内还设置有末修动力系统喷管128，并且末修动力系统喷管128的喷口伸至仪器舱124的外部。在星箭分离时，保证二子级和卫星的俯仰或者偏航方向上的稳态旋转，控制二子级以缓慢的角速度旋转转动，并且保证二子级和可堆叠平板卫星的姿态准确，例如：可堆叠平板卫星的太阳能电池板要朝向太阳，卫星的通讯天线要指向地球等，从而保证可堆叠平板卫星的安全准确分离入轨。
34.作为一个例子，二子级121直径也为3.35m；2台真空版10吨级液氧燃料液体发动机呈一字形排列，并且其喷管位于一二级间段116中，并且保证其真空比冲355s，发动机混合比3.0，通过2台真空版10吨级液氧燃料液体发动机的摇摆提供控制力矩，并且发动级具备单次任务启动次数大于三次的能力，推力调节可达到40％—100％，推力调节可达到40％—100％，启动加速性小于2秒，发动机摆角
±
8度，推质比大于40。
35.如图2-图4所示，多个可堆叠平板卫星310由下至上层叠至载荷支架126的上端，并且最上端的可堆叠平板卫星310的侧面具有固定翼，固定翼上具有贯通上下固定孔；载荷支架126上也具有固定孔；导向承力柱320的下端固定至载荷支架126的固定孔内，导向承力柱320的上端穿过固定翼上的固定孔，并且其上端与固定螺母连接，从而将多个可堆叠平板卫星310堆叠固定至载荷支架126上。
36.如图4所示，位于上层的可堆叠平板卫星310的下端向下凸有定位凸起311，位于下层的可堆叠平板卫星310的上端向下凹有定位凹槽312，位于上层的可堆叠平板卫星310的定位凸起311伸入位于下层的可堆叠平板卫星310的定位凹槽312内，从而将可堆叠平板卫星310稳定地层叠在一起。另外，载荷支架126上堆叠有两列可堆叠平板卫星310。
37.星箭分离时，二子级120通过二级发动机提供的俯仰或者偏航方向上的稳态旋转，控制二子级120以缓慢的角速度旋转转动，在可堆叠平板卫星310锁紧装置解锁后，上层可堆叠平板卫星310与下层可堆叠平板卫星310之间通过导向承力柱320相互嵌套和导向，可堆叠平板卫星310仍做绕固定质心旋转运动，从而沿着堆叠方向的卫星切向加速度和角加
速度由低到高依次递增，位于顶端的可堆叠平板卫星310会首先分离，然后由上至下每层可堆叠平板卫星310依次分离。通过上述方式避免了每颗可堆叠卫星310的分离需要配置分离适配器，节省了质量和空间。
38.一级氧箱段115在上，一级氧箱可以采用氦气闭式增压系统，也可以采用自生增压系统；一级燃料箱段113在下，一级燃料箱可以采用氦气闭式增压系统，也可以采用自生增压系统；一级燃料箱通过传输管路连通至一级发动机；一级燃料箱具有贯通上下的隧道管，一级氧箱通过传输管路连通至一级发动机，且该传输管路穿过该隧道管。二级氧箱段123在上，二级氧箱可以采用氦气闭式增压系统，也可以采用自生增压系统；二级燃料箱段121在下，二级燃料箱可以采用氦气闭式增压系统，也可以采用自生增压系统；二级燃料箱通过传输管路连通至二级发动机；二级燃料箱具有贯通上下的隧道管，二级氧箱通过传输管路连通至二级发动机，且该传输管路穿过该隧道管。
39.如图5所示，氦气闭式增压系统410包括：高压气瓶411、过滤器412、多个电磁阀413和多个孔板414；高压气瓶411连接的过滤器412的一端，过滤器412的另一端连接至多个电磁阀413的一端，一个电磁阀413的另一端连接至一个孔板414的一端，每个孔板414的另一端汇总后连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱的上端，以进行增压。可选的，氦气闭式增压系统410包括三个电磁阀413和三个孔板414，从而形成三路加压气路。
40.在上述基础上，氦气闭式增压系统410还包括：箱压传感器415；箱压传感器415的一端连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱，以采集一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱内压力，箱压传感器415的另一端连接至电磁阀413，从而使得三路加压气路均为受箱压控制415的闭式控制路，通过箱压传感器415采集的压力控制加压操作。
41.如图6所示，一子级110和二子级120均具有航电系统420；航电系统420包括：速率陀螺421、惯性导航422、制导指令系统423、飞行控制组合424和执行机构425，速率陀螺421、惯性导航422、制导指令系统423采集信号，并且将采集的信号传输给飞行控制组合424，飞行控制组合424对信号进行处理，例如：滤波、校正、分配、变换、限幅、合成等，并且向执行机构425发送控制指令，执行机构425根据控制指令操纵执行设备，例如：柔性喷管、末修姿控发动机等，实现俯仰、偏航和滚动三个通道的姿态控制。可选的，速率陀螺421、惯性导航422、制导指令系统423与飞行控制组合424之间通过以太网进行通信，飞行控制组合424与执行机构425之间也通过以太网进行通信。
42.本技术的星链堆叠卫星发射火箭可以将可堆叠平板卫星安全准确地送入轨道，满足了大规模星座的快速部署，尤其是可堆叠平板卫星的发射，是星箭一体化设计的典型应用。另外，本技术的星链堆叠卫星发射火箭的助推器和一子级采用集束式分离，通用性较高。此外，本技术的星链堆叠卫星发射火箭采用“速率陀螺、惯性导航、制导指令系统、飞行控制组合和执行机构”的航电系统，以实现“俯仰、偏航、滚动”三通道全数字式控制，提升整体的控制鲁棒性。并且，本技术的星链堆叠卫星发射火箭采用以太网总线体制，供配电一体化设计，提升了航电系统的简洁性。另外，本技术的星链堆叠卫星发射火箭的一子级、助推器、二子级的氧和燃料均采用氦气闭式增压系统，大幅度提升了产品的通用性和产品化程度，提高了产品的可靠性。
43.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论
从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，包括：一子级、二子级和多个助推器；其中，一子级由下至上依次为一级尾段、一级后过渡段、一级燃料箱段、一级箱间段、一级氧箱段和一二级间段；一级发动机位于一级尾段中，一级燃料箱位于一级燃料箱段中，一级氧箱位于一级氧箱段中，一级氧箱和一级燃料箱连通至一级发动机；二子级由下至上依次为二级燃料箱段、二级箱间段、二级氧箱段、仪器舱、转接框、载荷支架和整流罩；二级发动机的喷管位于一二级间段中，二级燃料箱位于二级燃料箱段中，二级氧箱位于二级氧箱段中，二级氧箱和二级燃料箱连通至二级发动机；转接框的下端与仪器舱的上端固定连接，转接框的上端与载荷支架的下端固定连接，载荷支架的上端用于安装可堆叠平板卫星；载荷支架、载荷支架和可堆叠平板卫星被包络至整流罩内，并且整流罩与转接框外部固定连接；在仪器舱内设置有反作用力控制系统，以控制二子级的滚动方向，在仪器舱内设置有末修动力系统喷管，并且末修动力系统喷管的喷口伸至仪器舱的外部；多个助推器设置于一子级的外侧，以为一子级提供助推动力。2.根据权利要求1所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，助推器由下至上依次为助推尾段、助推后过渡段、助推燃料箱段、助推箱间段、助推氧箱段和助推头段，助推发动机位于助推尾段中，助推燃料箱位于助推燃料箱段中，助推氧箱位于助推氧箱段中，助推氧箱和助推燃料箱连通至助推发动机。3.根据权利要求2所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，一子级的外侧具有两台助推器，并且两台助推器分布至一子级的两侧，与一子级分布于一条直线上。4.根据权利要求1至3任一项所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，多个可堆叠平板卫星由下至上层叠至载荷支架的上端，并且最上端的可堆叠平板卫星的侧面具有固定翼，固定翼上具有贯通上下固定孔；载荷支架上具有固定孔；导向承力柱的下端固定至载荷支架的固定孔内，导向承力柱的上端穿过固定翼上的固定孔，并且其上端与固定螺母连接，以将多个可堆叠平板卫星堆叠固定至载荷支架上。5.根据权利要求4所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，位于上层的可堆叠平板卫星的下端向下凸有定位凸起，位于下层的可堆叠平板卫星的上端向下凹有定位凹槽，位于上层的可堆叠平板卫星的定位凸起伸入位于下层的可堆叠平板卫星的定位凹槽内。6.根据权利要求1-3任一项所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，一级氧箱、一级燃料箱、二级氧箱、二级燃料箱均采用氦气闭式增压系统。7.根据权利要求6所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，氦气闭式增压系统包括：高压气瓶、过滤器、多个电磁阀和多个孔板；高压气瓶连接的过滤器的一端，过滤器的另一端连接至多个电磁阀的一端，一个电磁阀的另一端连接至一个孔板的一端，每个孔板的另一端汇总后连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱的上端。8.根据权利要求7所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，氦气闭式增压系统具有三个电磁阀和三个孔板，以形成三路加压气路。9.根据权利要求8所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，氦气闭式增压系统还包括：箱压传感器；箱压传感器的一端连接至一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱，
以采集一级氧箱/一级燃料箱/二级氧箱/二级燃料箱内压力，箱压传感器的另一端连接至电磁阀，以使三路加压气路均受箱压传感器的控制。10.根据权利要求1-3任一项所述的星链堆叠卫星发射火箭，其特征在于，一子级和二子级均具有航电系统；航电系统包括：速率陀螺、惯性导航、制导指令系统、飞行控制组合和执行机构；速率陀螺、惯性导航、制导指令系统采集信号，并且将采集的信号传输给飞行控制组合，飞行控制组合对信号进行处理并向执行机构发送控制指令，执行机构根据控制指令操纵执行设备，以实现俯仰、偏航和滚动三个通道的姿态控制。

技术总结
本申请涉及火箭技术领域，尤其涉及一种星链堆叠卫星发射火箭，包括：一子级、二子级和多个助推器；一子级由下至上依次为一级尾段、一级后过渡段、一级燃料箱段、一级箱间段、一级氧箱段和一二级间段；二子级由下至上依次为二级燃料箱段、二级箱间段、二级氧箱段、仪器舱、转接框、载荷支架和整流罩；在仪器舱内设置有反作用力控制系统，以控制二子级的滚动方向，在仪器舱内设置有末修动力系统喷管，并且末修动力系统喷管的喷口伸至仪器舱的外部；多个助推器设置于一子级的外侧，以为一子级提供助推动力。本申请可以使运载火箭可满足多颗可堆叠平板卫星的发射，以通过一次发射任务完成多轨道面任务卫星的部署。面任务卫星的部署。面任务卫星的部署。


技术研发人员：杨浩亮 张瑞 薛子旺
受保护的技术使用者：广州中科宇航探索技术有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/9