本發(fā)明涉及衛(wèi)星領(lǐng)域，特別涉及衛(wèi)星載荷地面失重狀態(tài)的模擬方法。

背景技術(shù)：

微振動是指航天器運行過程中因活動部件轉(zhuǎn)動或空間冷熱交變所引起的寬頻、低強度的振動，一般不會引起結(jié)構(gòu)破壞但影響有效載荷工作。為確保光學(xué)相機等高精度有效載荷的成像精度，通常在有效載荷光機頭部和衛(wèi)星本體之間安裝隔振裝置來抑制微振動。

為驗證隔振裝置的性能，需要衛(wèi)星在軌工作狀態(tài)，即需要分別模擬衛(wèi)星本體和載荷光機頭部的微重力狀態(tài)，兩者之間只通過隔振裝置連接。現(xiàn)有的氣浮法、懸掛法、氣球法等微重力狀態(tài)模擬方法均無法滿足上述要求。因此，本文提出了一種全新的衛(wèi)星高精度載荷地面失重狀態(tài)模擬方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有的微重力狀態(tài)模擬方法不適用于模擬衛(wèi)星本體和載荷光機頭部的微重力狀態(tài)；為解決所述問題，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星載荷地面失重狀態(tài)的模擬方法。

本發(fā)明提供的衛(wèi)星載荷地面失重狀態(tài)的模擬方法，包括：步驟一、調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)；步驟二、解鎖隔振裝置；步驟三、卸載載荷光機頭部；步驟四、柔性懸吊衛(wèi)星；步驟五、水平調(diào)節(jié)衛(wèi)星；步驟六、靜置衛(wèi)星；步驟七、水平復(fù)調(diào)衛(wèi)星；步驟八、復(fù)調(diào)載荷光機頭部卸載力。

進一步，所述步驟一包括采用機械裝置將衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整至有效載荷隔振裝置朝豎直向上的狀態(tài)。豎直向上指的是隔振裝置與衛(wèi)星連接面朝上，軸線垂直于水平面。

進一步，所述步驟二包括：解除載荷光機頭部與衛(wèi)星本體之間的固定約束，使載荷光機頭部與衛(wèi)星本體只通過隔振裝置連接。

進一步，所述步驟三包括：采用桁架懸掛卸載的方式卸載載荷光機頭部，每個吊點的懸吊力根據(jù)載荷光機頭部的重量、質(zhì)心和吊點位置確定，采用手拉葫蘆來調(diào)節(jié)每個吊點的懸吊力，采用彈力繩作為吊繩，彈力繩連接力傳感器用于懸吊力監(jiān)測。

進一步，所述步驟四包括：采用行車將衛(wèi)星起吊，每個吊點的懸吊力根據(jù)載荷光機頭部的重量、質(zhì)心和吊點位置確定，采用彈力繩作為吊繩，彈力繩連接力傳感器用于懸吊力監(jiān)測，同時連接花籃螺栓；衛(wèi)星起吊后距離停放工裝200mm以上。

進一步，所述步驟五包括：衛(wèi)星水平調(diào)節(jié)采用花籃螺栓來實現(xiàn)衛(wèi)星水平度微調(diào)，使水平度優(yōu)于0.1°。

進一步，所述步驟六靜置時間為30min。

進一步，所述步驟七包括采用采用花籃螺栓對衛(wèi)星水平度微調(diào)，使衛(wèi)星水平度優(yōu)于0.1°。

進一步，所述步驟八包括采用手拉葫蘆來微調(diào)懸吊力，使懸吊力達到步驟三傳感器的測量值。

本發(fā)明的優(yōu)點包括：

(1)、可以實現(xiàn)多種衛(wèi)星微重力狀態(tài)的模擬，包括隔振裝置解鎖狀態(tài)和非解鎖狀態(tài)；

(2)、通用性好，不受被測產(chǎn)品的吊點數(shù)量、吊點位置和產(chǎn)品質(zhì)心位置的限制；

(3)、可實現(xiàn)被測產(chǎn)品自平衡懸吊，通過微調(diào)即可獲得較高的水平度。

(4)、懸吊系統(tǒng)固有頻率低，可有效隔絕外界振源影響，懸吊狀態(tài)穩(wěn)定。

(5)、操作方便，安全可靠。

附圖說明

圖1為紅外高光譜質(zhì)心與吊點位置關(guān)系示意圖；

圖2為整星的懸吊接口及其簡化示圖；

圖3(a)為隔振前載荷振動情況，圖3(b)為隔振后載荷振動情況。

具體實施方式

下面以某型號衛(wèi)星微振動試驗中的柔性雙懸吊工況為例詳細說明柔性雙懸吊系統(tǒng)的應(yīng)用。

1微振動試驗簡介

某型號衛(wèi)星上安裝有對微振動較為敏感的載荷，為確保載荷的在軌性能，為其專門研制了微振動抑制子系統(tǒng)，為了獲取整星微振動環(huán)境、驗證微振動抑制系統(tǒng)性能，需開展整星級微振動試驗。

微振動抑制子系統(tǒng)按構(gòu)成可分為微振動隔振裝置(隔振器)和微振動解鎖裝置。隔振裝置共有4組，解鎖裝置共有6組，分布在對地板上，載荷光機頭部通過隔振裝置和解鎖裝置與星體連接。按其工作狀態(tài)可分為壓緊狀態(tài)(主動段)和解鎖狀態(tài)(在軌段)。壓緊狀態(tài)為：微振動抑制子系統(tǒng)與對地板和探測儀之間通過六個壓緊點和四個隔振器連接，其中隔振器在壓緊狀態(tài)時隔振器被解鎖螺栓的壓緊力壓縮2mm。解鎖狀態(tài)為：微振動抑制子系統(tǒng)與對地板和探測儀之間通過四個隔振器連接，六個壓緊點解鎖螺栓解鎖，隔振器完全釋放，載荷與星體通過隔振器連接。

衛(wèi)星在軌運行后，載荷解鎖，隔振器釋放，星上用于調(diào)姿的飛輪以及其他運動部件的轉(zhuǎn)動對形體產(chǎn)生微振動環(huán)境，對載荷的指向精度造成影響進而影像成像質(zhì)量，隔振器的作用是將星體的微振動環(huán)境隔絕，保證載荷的指向精度。微振動試驗柔性雙懸吊工況中需要將衛(wèi)星進行重力卸載，同時星上運動部件開機運行對整星產(chǎn)生微振動環(huán)境，通過載荷解鎖前后的振動環(huán)境對比檢驗隔振器的隔振性能，其中載荷解鎖后需要對載荷提供微重力環(huán)境。隔振器的固有頻率為15Hz，為了確保整星及載荷柔性懸吊系統(tǒng)對隔振器的隔振性能不產(chǎn)生影響，要求柔性懸吊系統(tǒng)的基頻≤0.5Hz。

2柔性雙懸吊系統(tǒng)建立

2.1載荷柔性懸吊系統(tǒng)建立

根據(jù)載荷接口數(shù)據(jù)可知其質(zhì)心與載荷懸吊點之間的位置關(guān)系如圖1、表1所示。M2為紅外高光譜質(zhì)心，E、F、G、H為四個載荷懸吊點。

表1紅外高光譜質(zhì)心與吊點位置關(guān)系數(shù)據(jù)

根據(jù)載荷重量、質(zhì)心以及懸吊點的位置關(guān)系可以得到其平衡方程如上式(1)所示，由于四點懸吊，載荷各懸吊點之間力的匹配有無數(shù)組解，根據(jù)上述匹配原則，選取柔性繩的承載區(qū)域為[20Kg，22Kg](保證柔性懸吊基頻)，可得載荷柔性懸吊的承載匹配參數(shù)如表2所示：

表2載荷懸吊點的承載力匹配以及柔性繩承載點匹配結(jié)果

根據(jù)以上匹配結(jié)果，選取對應(yīng)數(shù)量的柔性繩，搭建載荷柔性懸吊系統(tǒng)。其中稱重傳感器量程為100kg，測量精度優(yōu)于50g；柔性繩長度調(diào)節(jié)裝置選擇手動葫蘆，手動葫蘆可在2.5米行程范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)伸長高度，并且單點承載≥100kg，可以在行程范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)對應(yīng)吊點處的載荷柔性繩長度。將柔性繩安裝在對應(yīng)的承載點上，四組手動葫蘆一起拉伸，拉伸至載荷距離地面1m左右停止，分別單獨調(diào)整各手動葫蘆的升降高度至載荷水平，用水平儀測試其水平度，靜置30min后再次測量各懸吊點力值，再次調(diào)整柔性繩伸長量至載荷水平。試驗數(shù)據(jù)如下表3所示。

表3載荷柔性懸吊系統(tǒng)試驗測試數(shù)據(jù)

2.2整星柔性懸吊系統(tǒng)建立

整星的懸吊接口及其簡化示圖如圖2所示，以工藝環(huán)的幾何中心為基準建立整星坐標系，根據(jù)整星質(zhì)量特性測試結(jié)果，衛(wèi)星的質(zhì)心坐標為：(1688.0，19.527，53.53)，衛(wèi)星的質(zhì)量2318.1Kg。承載點在(X,Y)方向坐標如下：H(120，1035)、I(1504，1035)、J(3219，1035)、M(3219，-1035)、L(1504，-1035)、K(120，-1035)。

整星為6點起吊，其中自由變量有3個，為了確保承載匹配能得到唯一解，整星柔性繩匹配過程中利用整星懸吊點左右對稱的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，使得整星懸吊點左右兩側(cè)的懸吊力滿足以質(zhì)心成比例的關(guān)系，即：H/M＝I/L＝J/K＝(X_M-X_質(zhì)心)/(X_質(zhì)心-X_H)。

選取柔性繩的承載區(qū)域為[20Kg，22Kg]，可得整星柔性懸吊的承載匹配參數(shù)如表4所示

表4整星柔性懸吊承載匹配結(jié)果

根據(jù)以上匹配結(jié)果，選取對應(yīng)數(shù)量的柔性繩，搭建整星柔性懸吊系統(tǒng)。其中稱重傳感器量程為1000kg，測量精度優(yōu)于0.5kg；柔性繩長度調(diào)節(jié)裝置選擇花籃螺栓，花籃螺栓可在0.5米行程范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)柔性繩伸長量。利用行車將整星起吊至距離水平支撐面高度約400mm處停止，然后調(diào)整整星水平度，靜置30min后再次測量各懸吊點力值，再次調(diào)整柔性繩伸長量至衛(wèi)星水平。試驗數(shù)據(jù)如下表5所示。

表5整星柔性懸吊力測試數(shù)據(jù)

2.3微振動試驗

上述整星及載荷柔性懸吊系統(tǒng)匹配完畢之后將載荷柔性懸吊系統(tǒng)及整星柔性懸吊系統(tǒng)之間的相對位置關(guān)系調(diào)整到位，先將載荷按照表3調(diào)平后的各懸吊點承載進行重力卸載，之后整星雙鉤起吊一定高度(不小于400mm)并按照表5對整星各懸吊卸載力值進行調(diào)整，再按照表3各懸吊點卸載值力值進行調(diào)整。然后按照微振動試驗要求進行測試，解鎖前后載荷的振動情況如圖3所示。通過對比可知，微振動子系統(tǒng)都發(fā)揮了良好的微振動抑制作用，其中圖3(a)為隔振前載荷振動情況，圖3(b)為隔振后載荷振動情況。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。