空间激光通信终端的两级减振系统

    专利查询2025-07-02  8


    本发明涉及空间激光通信领域,特别是一种空间激光通信终端的两级减振系统。


    背景技术:

    1、相对于传统微波通信,激光通信具有传输容量大、功耗小、保密性强等特点,因此在国内外均得到极大重视并开展了大量研究,目前国内在空间激光通信领域的工程应用上有较大突破,多个工程型号均进行了激光通信终端搭载,并完成了较高速率的空间激光通信试验,在军用和商业航天均有越来越多的实际应用,是重要的空间通信手段。

    2、由于激光通信的信号光束窄、发散角小,因此进行星间捕获跟踪较为困难。为实现星间捕获跟踪,激光通信终端通常采用pat跟踪系统,一般包括一个二维转台、光学天线、快反镜以及收发光学平台等。所述的二维转台主要用于实现大范围的指向扫描和粗跟踪,其结构形式决定了刚度较弱,无法承受大量级的发射段振动力学环境;光学天线和收发光学平台用于空间光的发射与接收,其组成主要是玻璃材质的透镜、转折镜、pbs等,因此对星箭分离时的冲击较为敏感;快反镜主要用于实现最终的快速准确的捕获跟踪,建立稳定的通信链路,其对于搭载平台的高频微振动抑制能力较弱。


    技术实现思路

    1、本发明的目的在于设计一种应用于空间激光通信终端的两级减振系统,用以提升空间激光通信终端的力学环境适应性,满足激光通信终端对发射段力学的适应性需求,同时有效降低空间在轨工作时的搭载平台微振动输入,实现激光通信终端在微振动输入量级较大的环境下实现快速高效捕跟建链,完成空间通信的功能。

    2、本发明的技术解决方案如下:

    3、一种空间激光通信终端的两级减振系统,其特点在于:包括:

    4、将热耗大、温度条件要求高且力学最不敏感的通信组件设计放置在底层,作为承力底座,用于放置中间承力结构;

    5、将热耗较小、温度条件要求低且力学较敏感的电控组件设计放置在中间层,作为中间承力结构,用于放置收发光学平台和二维跟瞄机构;

    6、收发光学平台和二维跟瞄机构的功能是捕获跟踪,对力学和微振动最为敏感,设计放置于最上方。

    7、在所述承力底座和中间承力结构之间设置有一级减振器组;

    8、在所述收发光学平台和中间承力结构之间设置有二级减振器组;

    9、所述收发光学平台通过压紧释放机构与中间承力结构刚性固连;

    10、当所述二级减振器组处于压缩状态,待载荷随星入轨后,所述压紧释放机构解锁,所述二级减振器组恢复弹性连接状态,所述一级减振器组恢复弹性连接状态,从而降低发射段的随机振动及冲击输入,使得振动及冲击能量均匀传递至所述收发光学平台和二维跟瞄机构,同时保证连接的稳定性和连接强度,从而减少在轨工作期间航天器的微振动输入。

    11、进一步,一级减振器组通过螺钉直接穿过t型金属垫片中心与承力底座固连。

    12、收发光学平台安装于二级减振器组上方,其安装脚处根据二级减振器的外形设计防护结构,规避长期在轨工作下的光照、辐射及原子氧的影响。

    13、所述的承力底座上用于安装一级减振器组的8个安装面的共面平面度优于0.05mm,中间承力结构上用于安装二级减振器组的4个安装面的共面平面度优于0.05mm,收发光学平台上用于连接二级减振器组的4个安装脚的共面平面度优于0.02mm。

    14、所述的一级减振器组的8个一级减振器的弹性模量一致,偏差不超过5%;二级减振器组的4个二级减振器的弹性模量一致,偏差不超过2%。

    15、与现有技术相比,本发明的技术效果:

    16、一级减振器组满载下在200hz以上频段可将力学振动和冲击输入能量进行衰减,经衰减后,中间承力结构以上部分的随机振动响应总均方根值降至输入的20%以下,冲击加速度响应值(冲击响应谱)降至输入的10%以下。

    17、在发射段,经过压紧释放机构压紧后,二级减振器组在发射段不起到降低微振动输入的作用,满载状态下,压紧释放机构一阶谐振频率大于300hz。

    18、压紧释放机构释放后,二级减振器组满载下在50hz以上频段可将在轨平台微振动输入能量进行衰减,经衰减后,收发光学平台以上部分的微振动加速度和角加速度响应幅值降至输入的10%以下。

    19、一级减振器组和二级减振器组除减振作用外,另一个主要作用是隔热。一级减振器隔离了电控组件和通信组件之间的热传递,通信组件通过平台舱板散热,电控组件通过表面热控白漆散热,便于电控组件独立热控设计;

    20、二级减振器隔离了通信组件和收发光学平台之间的热传递,便于收发光学平台的独立热控设计。

    21、该系统适用于空间恶劣力学环境下的的激光通信终端。用于减少发射段的振动、冲击以及在轨工作时的航天器平台微振动输入,使激光通信终端能够经受发射段的振动与冲击,并保障在轨时激光通信终端跟瞄系统的正常工作。在激光通信终端的搭载平台力学环境较好的情况下,同样可以对激光通信终端的力学环境适应性进行优化,提升在轨捕获跟踪能力。



    技术特征:

    1.一种空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:包括:

    2.根据权利要求1所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述一级减振器组(1)由8个一级减振器组成,均匀分布在所述承力底座(2)的周缘,且每个一级减振器的质心位置与8个一级减振器连接形成的几何中心重合;所述二级减振器组(4)由4个二级减振器组成,均匀分布在所述中间承力结构(3)的四角,且与所述沿二维跟瞄机构(6)的轴线位置对称。

    3.根据权利要求1所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述二级减振器呈倒扣的碗状,以弹性模量较低的ii型特种硅橡胶制成,下方为金属安装法兰,与碗状特种硅橡胶垫之间为卡扣交错式配合,配合面为胶粘连接,上方具有金属螺纹孔结构,与碗状特种硅橡胶垫之间为卡扣交错式配合,配合面为胶粘连接。

    4.根据权利要求3所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述该二级减振器组(4)在发射周期利用压紧释放机构(7)压紧,压缩量控制在其橡胶总高度的5%~10%,所述压紧释放机构(7)的数量与所述的二级减振器的数量同为4个,其安装位置靠近所述的二级减振器,呈4点对称式布局。

    5.根据权利要求1所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述一级减振器组(1)通过螺钉穿过t型金属垫片中心与所述承力底座(2)固定连接。

    6.根据权利要求5所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述的一级减振器组(1)在负载满载的情况下,其一阶谐振频率大于150hz,在100hz以内无谐振放大现象;所述二级减振器组(4)满载下一阶谐振频率小于于25hz,且在50hz以上频段将微振动输入进行衰减,加速度和角加速度幅值经衰减后降低至输入的10%以下。

    7.根据权利要求1-6任一所述的空间激光通信终端的两级减振系统,其特征在于:所述一级减振器组(1)和二级减振器组(4)具备宽温工作能力,在控温范围内,其弹性模量变化小;所述一级减振器组(1)的一阶谐振频率不与航天器平台的基频耦合;所述的二级减振器组(4)一阶谐振频率低于航天器平台微振动敏感频点,在二级减振器组(4)作用下,平台微振动敏感最低频点处响应发生明显衰减。


    技术总结
    一种空间激光通信终端的两级减振系统,属于空间激光通信技术领域。该系统主要用于航天器上搭载的空间激光通信终端载荷,一个激光通信终端通常由激光通信系统和光学跟瞄系统组成。由于光学跟瞄系统由诸多光学精密元件组成,对发射段的随机振动及星箭分离时的冲击环境下敏感;另外,航天器上搭载的其他运动机构通常会引起较大的微振动,影响激光通信的快速捕获跟踪建链,进而影响通信性能。本发明通过对空间激光通信终端创新式布局设计,对跟瞄系统进行减振设计,减少发射段力学环境对载荷的影响,同时在降低在轨阶段高频微振动输入,形成激光通信终端的两级减振系统,提升星间激光系统的发射段抗力学能力和满足在轨捕跟要求。

    技术研发人员:庞浜,侯霞,李佳蔚,谢可迪,万渊,方凡,杨雪
    受保护的技术使用者:中国科学院上海光学精密机械研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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