[发明专利]一种超敏捷无振动空间观测系统及其方法

权利要求书

1.一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：包括球状支撑结构单元、基于柔性基底的光学可调控单元、全向感光单元、姿态稳定单元；

球状支撑结构单元为一种V60的富勒烯多面体结构，能够收缩和展开，该富勒烯多面体结构包括60个顶点、32个面和90条边，该32个面中包括20个六边形和12个五边形；

所述的富勒烯多面体结构中还包括了四根刚性支杆，每根刚性支杆的结构是一致的，均为套筒管状伸展杆，由不同直径的同轴圆管相互嵌套而成，相互嵌套的同轴圆管的直径从外到内依次减小，展开过程中，最靠内的圆管受到驱动首先背向富勒烯多面体结构的中心伸出，然后带动其外部圆管依次伸出，内、外相邻两层圆管间靠锁紧装置固连在一起，形成一个完全展开的套筒杆，作为天线；

每根刚性支杆中的不同直径的同轴圆管的直径最大的圆管的一端均固定连接于富勒烯多面体结构的中心位置的全向感光单元，全向感光单元的外壳为球形，每根刚性支杆的中段和富勒烯多面体结构的一条边固定连接，以支撑富勒烯多面体结构中的全向感光单元，每根刚性支杆与全向感光单元相连一端的延长线汇聚于球形的全向感光单元的球心上，四根刚性支杆与全向感光单元的球形外壳交点分别为正四面体的四个顶点；

在超敏捷无振动空间观测系统发射时，球状支撑结构单元呈收拢压紧状态，全向感光单元位于收紧的球状支撑结构的中心，起连接作用的刚性支杆处于收缩状态；在超敏捷无振动空间观测系统入轨后，球状支撑结构单元展开作业，在超敏捷无振动空间观测系统展开时，球状支撑结构单元带动连接全向感光单元的刚性支杆拉伸并锁定，全向感光单元被固定在球状展开体的正中央，球状支撑结构单元表面的柔性单元随之展开；

基于柔性基底的光学可调控单元，为光学可调控的多层纳米膜，覆盖贴合在富勒烯多面体结构的各面上，

基于柔性基底的光学可调控单元根据地面控制指令，选择地面目标发出的进入超敏捷无振动空间观测系统内部的入射光线方向，对入射光线起汇聚作用，并控制入射光线的出射方向，当进入超敏捷无振动空间观测系统内部的入射光线再次入射到基于柔性基底的光学可调控单元，基于柔性基底的光学可调控单元对入射光线进行反射，反射至全向感光单元，使不同方向入射光线成像在全向感光单元的不同位置，完成对地面目标的成像；

姿态稳定单元，固定安装在全向感光单元的外壳内部，用于消除超敏捷无振动空间观测系统承受的外扰动力矩，为超敏捷无振动空间观测系统提供定期的姿态稳定，姿态稳定单元仅在需要时工作。

2.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述刚性支杆处于收缩状态时，该超敏捷无振动空间观测系统的直径为1米。

3.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述球状支撑结构单元展开作业时，展开状态的球状支撑结构单元直径为5米。

4.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述球状支撑结构单元，是空间观测系统的主要承载单元，球状支撑结构单元的球形表面为基于柔性基底的光学可调控单元提供安装边界，同时也为基于柔性基底的光学可调控单元提供子孔径拼接。

5.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述基于柔性基底的光学可调控单元为一种柔性复合材质，不仅具备光线选择和控制功能，而且能够通过某种控制手段实现其透射、反射状态的切换。

6.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述基于柔性基底的光学可调控单元经由球状支撑结构单元分割，由分块的子单元拼接构成，随着球状支撑结构的展开而形成大口径的光学成像系统。

7.根据权利要求1所述的一种超敏捷无振动空间观测系统，其特征在于：所述姿态稳定单元包括光纤陀螺和磁力矩器，光纤陀螺为姿态的测量部件，测量空间观测系统本体相对惯性空间的运动角速度，测量数据作为信号输入至磁力矩器，角速度达到一定阈值时通过磁力矩器工作来消除整个系统承受的外扰动力矩，为空间观测系统提供定期的姿态稳定；磁力矩器起阻尼器的作用。

8.一种超敏捷无振动空间观测方法，其特征在于步骤如下：

(1)当超敏捷无振动空间观测系统发射入轨后和在外扰动力矩的作用下角速度达到一定阈值时，超敏捷无振动空间观测系统首先通过光纤陀螺测量超敏捷无振动空间观测系统自身的角速度，读取光纤陀螺的数据后通过使用磁力矩器稳定该超敏捷无振动空间观测系统的自身姿态，直至满足阈值要求后，磁力矩器停止工作，以使该超敏捷无振动空间观测系统处于姿态稳定状态；

(2)当超敏捷无振动空间观测系统处于姿态稳定状态时，超敏捷无振动空间观测系统依次调整球状支撑结构的32个面即32个覆膜窗口为导向汇聚状态，全向感光单元依次对32个窗口入射的目标成像；

(3)超敏捷无振动空间观测系统根据步骤(2)的成像，粗略判断出星空方位，根据星空方位确定目标星体入射的覆膜窗口，将这些覆膜窗口的状态均调整为导向汇聚状态，目标星体发出的光线经由这些状态均调整为导向汇聚状态的覆膜窗口进入超敏捷无振动空间观测系统内部在全向感光单元成像；

(4)超敏捷无振动空间观测系统根据步骤(3)的全向感光单元成像，提取目标星体的位置信息后，确定出超敏捷无振动空间观测系统的当前姿态；

(5)根据步骤(4)的超敏捷无振动空间观测系统的当前姿态和地面控制指令，使地面观测目标发出的光线在第一次到达球状支撑结构的表面的薄膜呈现导向汇聚功能，同时使地面观测目标发出的光线第二次到达球状支撑结构表面的薄膜呈现反射功能，地面观测目标发出的光线通过导向汇聚功能的薄膜的作用进入球状支撑结构内部，再经过反射功能的薄膜的作用进入全向感光单元，完成地面观测目标的成像。