[发明专利]一种微卫星集群在轨自主组装的大规模飞行器及使用方法

说明书

本发明公开了一种微卫星集群在轨自主组装的大规模飞行器，该大规模飞行器由数千颗单元星、1颗中心星和1颗馈源星通过在轨自主组装和精密编队的方式构成；所述每颗单元星安装有三根可伸缩电磁对接杆，实现与三颗相邻单元星的机械对接，并在对接后实现星间有线能源和信息传输；数千颗所述单元星通过所述电磁对接杆组装构成大口径多功能天线面；所述中心星通过6根可伸缩电磁对接杆，与6颗单元星对接，并组装在天线面中心位置，作为整个大规模飞行器的信息、能源、控制中心；所述馈源星与所述天线面构成精密编队，精确保持在天线面型的焦点处。本发明避免了超大口径天线的在轨展开与构型保持难题。

技术领域

本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及微卫星集群的在轨组装、大口径天线面形精确调节领域。

背景技术

在深空探测领域，火星以远甚至太阳系外天体的探测任务成为未来的发展方向。对此类深空探测器的通信支持是首要解决的关键问题之一。部署在地球同步轨道甚至更高轨道的天基深空通信站，相对于地基深空网，不受地球自转遮挡、大气衰减等不利因素影响，在通信效率、距离上具备明显优势。但是，为满足深空超远距离通信需求，面临超大口径天线的在轨展开、面形保持、指向调节等难题。

在射电望远镜领域，地基望远镜的口径不断增大，世界最大的射电望远镜—贵州FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope)系统的口径已经达到500m。但是，地基系统同样面临大气衰减、地面信号干扰等不利影响，因此，发展天基射电望远镜，成为国内外公认的未来解决途径。常规单颗大型卫星的方案同样面临超大口径天线的在轨展开、面形保持、指向调节等难题。

近年来，微纳卫星集群凭借快速响应、灵活部署、自主组网、成本低廉等特点，成为卫星领域主要研究方向之一。通过微卫星集群，在轨自主组装构成超大规模航天器，成为部署大规模航天器的有效途径。该途径具备三方面优势：一是微卫星集群可以分批多次发射，在轨逐步组装成数百吨的大规模航天器，从而降低对发射运载的需求；二是微卫星集群可以标准化、批量化制造，大幅降低研制成本；三是微卫星集群可以更换、补充，延长全系统使用寿命，方便改进升级。

基于上述任务需求和发展趋势，本发明提出一种利用微卫星集群在轨自主组装构成超大口径天线面阵、面形与指向分布式调节、馈源星精密编队、深空通信与射电望远镜等多功能集成的大规模飞行器，为未来天基深空通信站、太空射电望远镜等超大规模航天器的研制和部署，提供有效途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微卫星集群在轨自主组装的大规模飞行器，该飞行器利用微卫星集群在轨自主组装构成超大口径天线面阵，通过各组成单元分布式调节天线面形与指向，通过馈源星的精密编队维持信号通路，集成深空通信与射电望远镜等多种功能模式，具备不受地面复杂电磁环境影响、发射运载需求低、批量化降低研制成本、方便延寿升级等优势。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种微卫星集群在轨自主组装的大规模飞行器，该大规模飞行器由数千颗单元星、1颗中心星和1颗馈源星通过在轨自主组装和精密编队的方式构成；

所述每颗单元星均为微卫星，所述单元星承载可折叠的通信和/或电源复合面板载荷，所述面板载荷包括电致变色玻璃板、无线电波反射板、表贴太阳电池阵三层，同时具备反射无线电波、反射太阳光、太阳能发电功能；所述每颗单元星安装有三根可伸缩电磁对接杆，根部可一维转动，实现与三颗相邻单元星的机械对接，并在对接后实现星间有线能源和信息传输；数千颗所述单元星通过所述电磁对接杆组装构成大口径多功能天线面；

所述中心星通过6根可伸缩电磁对接杆，与6颗单元星对接，并组装在天线面中心位置，作为整个大规模飞行器的信息、能源、控制中心；

所述馈源星与所述天线面构成精密编队，精确保持在天线面型的焦点处，所述馈源星安装大型馈源载荷，用于空间无线电信号采集；所述馈源星安装反射天线，用于深空通信。