一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法

技术领域

本发明涉及卫星发射技术领域，具体涉及一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法。

背景技术

随着航天技术的发展，空间活动日益频繁，航天任务对卫星及其发射能力的需求不断增多，如何更加灵活、高效、经济地进行卫星发射是当前航天领域的重点研究方向之一。

临近空间是高度20～100km、介于航空和航天区间范围的区域，该区域气体稀薄、气流平缓，由于更加接近低地球轨道且空气动力作用很小，是执行空间发射较为理想的区域。飞艇在该区域可长期飞行并承载较大的载荷，是一种可行的发射平台。

以往在地面发射卫星大多基于运载火箭，该方式存在操作流程复杂、难以重复使用、需消耗大量推进剂等特点，整体发射效率和经济效益不高，且发射场固定，发射灵活性也不强。电磁发射技术消耗电能，可重复性和经济性较强，是未来理想的航天发射方式。相比于地面电磁发射，电磁发射技术与临近空间飞艇平台相结合，还可按需调整发射方向、角度和位置，具有更强的机动灵活性。同时，在高空发射，还可大幅降低卫星受到的空间动力作用的影响。

鉴于此，提出一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，用于实现对微小型卫星的大批量、高效发射与利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，实现微小卫星快速高效和经济地进入空间。

为了达到上述的目的，本发明提供一种在临近空间电磁发射卫星的系统，包括：飞艇系统、电磁发射系统、卫星系统；

所述飞艇系统运行于20～100km高度的临近空间范围内，用于承载电磁发射系统和卫星系统；

所述电磁发射系统布置于飞艇系统下方，用于为卫星提供进入低地球轨道空间所需的速度；

所述卫星系统为电磁发射的微小型航天器系统。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述飞艇系统包括：充装惰性气体的大型气囊及其支撑结构系统、能源储供系统、气动舵面及飞行控制系统、任务管理系统、电动螺旋桨推进系统。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述飞艇系统全长为200m量级。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述能源储供系统采用柔性薄膜太阳电池阵发电，经存储和调节管理，为电动螺旋桨推进系统和电磁发射系统供电。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述任务管理系统接收地面指令后，利用飞行控制系统和电动螺旋桨推进系统调整飞艇姿态，利用自动化装置将单个卫星放入电磁发射轨道，执行发射任务，待能量充足后，再继续执行发射任务。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述电磁发射系统包括：发射控制系统、直线电机驱动系统、直线加速轨道系统；接收到飞艇指令后，电磁发射系统将卫星通过直线加速轨道系统至进入空间所需的速度。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述直线加速轨道系统在飞艇下方水平布置，为长度100m级直线轨道。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统，其中，所述卫星系统为10kg级以下，需满足发射过载要求，具备在进入空间后调整姿态并进入目标轨道位置的能力，进入预定位置后与地面建立通信联系。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，其中，利用布置于临近空间飞艇上的电磁发射装置，将小型卫星发射至低地球轨道。

上述一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，其中，临近空间飞艇单次携带批量的微小型卫星进入临近空间，利用太阳能，结合布置于飞艇下方的电磁发射装置，将微小型卫星发射至低地球轨道。

与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：

采用电磁发射技术进行卫星发射，相比于传统火箭发射方式，提高了安全可靠性，同时由于可重复使用、自动化操作程度高，单批次可以发射数量较多的卫星，不需消耗大量推进剂且不产生污染气体，具有更高的经济性和应用效能。同时，基于可飞行移动的临近空间飞艇平台，提高了发射任务灵活性，使得卫星可在不同的临近空间位置、朝不同角度和方向进入目标轨道。由于飞艇飞行在对流层之上，卫星无需承受严重的气动力和热的作用，有利于卫星设计。

附图说明

本发明的一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法由以下的实施例及附图给出。

图1为基于飞艇平台的临近空间电磁发射系统示意；

图2为在临近空间飞艇上电磁发射卫星的场景示意。

其中，1-能源存储与管理系统、2-飞行控制与电磁发射控制系统、3-电磁发射轨道、4-卫星、5-柔性太阳电池阵、6-辅助电动螺旋桨发动机、7-主推进电动螺旋桨发动机、8-飞行控制气动舵面。

具体实施方式

以下对本发明的一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法作进一步的详细描述。

如图1所示，为基于飞艇平台的临近空间电磁发射系统。系统包含能源存储与管理系统1、飞行控制与电磁发射控制系统2、电磁发射轨道3、卫星4、柔性太阳电池阵5、辅助电动螺旋桨发动机6、主推进电动螺旋桨发动机7、飞行控制气动舵面8等组成。

如图2所示，飞艇从地面起飞并在20～30km范围内的临近空间稳定飞行，飞艇上配置小型电磁发射装置，每次飞行任务时批量携带微小型卫星。飞艇包括充装惰性气体的大型气囊及相关结构系统、大功率小型轻质能源系统、气动舵面及飞行控制系统、发射任务管理系统、电动螺旋桨推进系统。飞艇所需能源通过铺设与飞艇表面的柔性电池阵获取，并进行储存。接收到地面发射指令后，飞艇上自动化装置将卫星放入电磁轨道，并通过控制系统和推进系统调整自身姿态，将电磁发射轨道朝向所需的角度和方向。电磁发射系统接收到飞艇指令后，将卫星发射进入空间，卫星需具备抗高过载能力，出口速度约8km/s。卫星在解决目标空间轨道位置时，通过自身发动机调整姿态和轨道，进入预定的空间位置。卫星开始工作，与地面测控站建立通信联系，确认状态正常。一次发射任务完成后，飞艇利用自动化装置将另一个卫星放入电磁轨道，飞艇及电磁发射系统准备执行下一次发射任务。飞艇完成所携带的所有卫星发射后，返回地面，准备再次搭载一批微小型卫星载荷并升空发射。