[发明专利]用于卫星的对接系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求于2014年8月26日提交的美国临时专利申请No.62/041,780的权益。

技术领域

本发明总体上涉及卫星，特别涉及用于服务在轨的卫星的服务卫星。

背景技术

商业电信卫星产生整个地球同步轨道(GEO)太空行业收入的约75％。商业电信卫星的运行寿命为12至15年，这些限制主要来自可用于站位保持(station keeping)的燃料量。所有星载系统可能能够长时间地正常工作，但在没有推进剂的情况下，卫星不能维持在其运行轨道——卫星从其运行轨道漂移，因而无法支持通信任务的要求。保留在太空中的非运行卫星被认为是太空碎片。为了缓解堆积太空碎片的问题，联合国的政策要求“在运行生命结束时，应将地球同步轨道飞船放置在弃用轨道处，该弃用轨道具有在地球同步轨道以上至少300km处的近地点”。联邦通信委员会(FCC)在2004年通过了类似的规定。为了遵守这些规定，当留有相对较少的推进剂时，卫星使用剩余的站位保持推进剂进行脱轨，并经常牺牲其几个月的设计寿命，这对应于经济价值的显著损失。

如果在轨的站位保持和拖曳服务是可用的，则GEO卫星可以留在运行轨道中，直到其推进剂供应完全耗尽，然后通过拖船转移到弃用轨道。由于星载转发器的延期使用，这种替代方案将为卫星运营商带来额外的收入。此外，即使在GEO卫星的推进剂供应完全耗尽之后，GEO卫星也可以通过经由太空拖船服务卫星提供站位保持服务而停留在运行轨道中，如后面将要解释的。

拖曳服务或寿命延长任务可能会变得复杂。过去曾讨论过几个概念。其中一些建议涉及使用大型卫星，且最终还涉及可能超越商业可行性的门槛的更昂贵的解决方案。其他人提出加油服务，当被服务卫星未被预先设计为用于这种服务时，其可能难以实现。另一个复杂性在于当前的在太空中的卫星不是为了服务而设计的，并且具有不同的形状和机械/电气/推进接口。

因此，存在对这样的解决方案的需求，该解决方案使得靠近推进服务的最后阶段的各种卫星能够利用并完全耗尽其用于卫星原始任务的推进剂，将把耗尽的卫星拖曳到弃用轨道的任务留给外部服务。这样的外部服务应该能够服务于多年来设计和发射的各种不同的卫星，并且应该在商业上是可行的。优选地，这种外部服务还应该能够提供站位保持服务和其它服务，诸如将卫星重新定位在新的轨道轨位中、重新利用已经倾斜的卫星以及对错位卫星进行轨道校正，以进一步维持缺乏推进剂但仍具有功能正常的任务系统的卫星的使用寿命。

发明内容

本发明涉及一种服务卫星，其具有本体、控制器和对接单元。对接单元包括：枢转地安装在卫星本体上的至少两个可折叠的、可调节的抓持臂，每个抓持臂相对于卫星本体可枢转；以及在抓持臂的每个自由端处的抓持端，其中，抓持端适于并被配置为捕获并抓持轨道卫星的目标部分。每个抓持臂可由协调臂的运动的控制器独立地控制。

根据本发明，还提供一种服务卫星，其具有本体、控制器和推进单元，推进单元包括主推进系统，该主推进系统包括第一推进器和平衡推进器，该第一推进器与服务卫星本体的天底端邻近地安装，该平衡推进器安装在平衡推进器臂上。平衡推进器与第一推进器间隔开，并面向与第一推进器不同的方向。卫星还包括用于推进器和平衡推进器的推进剂，以及包括用于使推进器对准的器件，使得推进向量经过服务卫星和被服务卫星的联合重心。

根据本发明，还提供了一种用于为被服务卫星服务的服务卫星，所述服务卫星包括可收起和可展开的推进单元，可收起和可展开的对接单元，可收起和可展开的太阳能板，在可收起和可展开的悬臂上的通信天线，用于在其上安装推进单元、对接单元、太阳能板和通信悬臂的卫星本体，以及在本体中的控制单元，其中，具有收起的推进单元、收起的对接单元、收起的太阳能板和收起的通信悬臂的卫星的体积和质量符合商业辅助有效负载体积和质量规定的标准。

根据本发明，还提供了一种用于将服务卫星对接到被服务卫星的方法，所述方法包括将服务卫星移动到距待被服务的卫星一交会距离处；将至少两个抓持臂展开至臂之间的距离大于所述被服务卫星的所述目标部分的尺寸，每个抓持臂具有抓持端，致动推进单元以使服务卫星靠近被服务卫星，以及闭合抓持臂，直到抓持端捕获被服务卫星的目标部分并抓持目标部分。