分离式监测装置及分离监测方法

技术领域

本发明涉及航天器监测领域，特别是涉及一种分离式监测装置及分离监测方法。

背景技术

航天领域的重要程度越来越高，公众对航天工作的关注度也越来越高，如何在近地应用、深空探测、空间科学等航天器从发射至在轨运行全过程中，做好航天器的监测工作工作越来越重要。

当前，航天器在轨运行状态主要依靠器上模拟量遥测、数字量遥测等信息，通过器上计算机自闭环判读或传输至地面判断等方式进行监测。该方法无法直观对航天器进行监测。

随着轻小型、低功耗监测传感器技术的发展，越来越多的航天任务中设置相应的监测相机，以实现航天器状态可视化监测。在国内外已实施的任务中，多配置固定安装的监测相机，对航天器关键部位、关键单机进行成像监视，获取的影像数据通过有线方式传输至航天器器上计算机，并通过下行通路回传至地面。

为提升航天器任务的公众展示度，在可视化监测任务设计中，需考虑获取航天器全貌、航天器关键动作、天体等影像。如果采取固定安装式设计思路，监测相机需远离航天器本体，带来布局局限、资源浪费等问题。

发明内容

本发明提供一种分离式监测装置及分离监测方法，实现与航天器分离前后均可实施成像监测。

为实现上述目的，本发明提供一种分离式监测装置，其特点是，该装置包含：

图像采集部，其设有成像部件，并与航天器通信连接；

拔销器，其包含机械连接航天器的密封起爆部和机械连接图像采集部的杆件，密封起爆部与杆件机械连接；图像采集部通过拔销器固定于航天器上，密封起爆部起爆与杆件断开连接，使图像采集部与航天器解除固定；

分离开关，其包含机械连接航天器的弹性组件，图像采集部固定于航天器时弹性组件处于压紧状态，当图像采集部与航天器解除固定，弹性组件恢复伸展，使图像采集部与航天器相互分离。

上述图像采集部设有若干成像部件，若干成像部件中的一个或若干个朝向航天器。

上述分离开关还包含机械连接图像采集部的固定组件，固定组件与弹性组件相对设置，图像采集部与航天器处于固定时，弹性组件压紧贴合于固定组件。

上述拔销器还包含电路连接密封起爆部的火工电缆和电路连接火工电缆的火工接插件，火工接插件与航天器的火工供电设备电路连接。

上述分离式监测装置还包含：

电连接器，其电路连接航天器的供电输出以及分离开关的弹性组件；

分离开关的弹性组件与固定组件都具有导电性，航天器通过电连接器和分离开关向图像采集部供电。

上述图像采集部的内部设有蓄电池，图像采集部与航天器分离后由蓄电池供电。

上述密封起爆部为内部设有容置空间的密闭药室，其容置空间内设有起爆物质。

上述弹性组件的弹性势能及弹力大小设定为图像采集部的理论初始分离速度为0.2m/s至0.5m/s。

上述图像采集部内设有无线通信组件，与航天器进行无线通信。

一种上述分离式监测装置的分离监测方法，其特点是，该方法包含：

密封起爆部内部起爆物质起爆，杆件与密封起爆部断开物理连接；

分离开关的弹性组件恢复伸展，使图像采集部与航天器相互分离；

航天器通信控制图像采集部的成像部件对航天器的进行成像监测。

本发明分离式监测装置及分离监测方法和现有技术相比，其优点在于，本发明采用拔销器实现图像采集部与航天器的紧固与断开，采用分离开关实现电导通并提供弹性分离推力，配置两组成像镜头及传感器实现交替成像，内置蓄电池可满足自供电，采用无线通信与航天器进行指令及成像信息交互，具备自主温控能力，通过合理布局和监测任务设计可兼顾航天器关键部位成像监测及分离后航天器全貌影像获取等多方面功能。

附图说明

图1为本发明分离式监测装置的结构示意图；

图2为本发明分离式监测装置分离后的结构示意图；

图3为本发明分离式监测装置的分离状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-3和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的分离式监测装置、分离监测方法、物品或者现场设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种分离式监测装置、分离监测方法、物品或者现场设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的分离式监测装置、分离监测方法、物品或者现场设备中还存在另外的相同要素。

如图1和图2所示，本发明揭示了一种航天器用分离式监测装置的实施例，具体为一种分离式监测相机，其安装于航天器本体外侧，该分离式监测相机包含：成像镜头1、相机头部2、分离开关3、拔销器4、电连接器5、底座6。

本实施例中，相机头部2内部配置小型蓄电池，相机头部2与航天器分离后由蓄电池供电，可支撑相机头部2脱离航天器后工作15-60分钟，。相机头部2内置加热片，具备自主温控功能。分离前后分离式监测装置与航天器均通过无线通信进行信息交互，相机头部2内设有大功率WIFI器件，采用WIFI形式与航天器进行无线通信，可保证50m-70m的有效通信距离。

相机头部2上课设有若干成像部件，若干成像部件中的一个或若干个朝向航天器。本实施例中，相机头部2上设有两个成像镜头1，并且每个成像镜头1配套设置一个工作于可见光波段的成像传感器。两个成像镜头1及其对应的成像传感器分别安装于相机头部2的顶部和底部，其中相机头部2底部为相机头部2朝向航天器的一面。相机头部2在通过WIFI接收到成像指令后，分离式监测相机将按照两个成像镜头1依次轮换的成像模式进行图像采集。

底座6设置于航天器安装分离式监测相机的外表面，相机头部2与底座6之间通过拔销器4进行固定连接。

拔销器4包含杆件41、密闭药室42、火工电缆43、火工接插件44。杆件41固定安装于相机头部2，密闭药室42固定安装于底座6，杆件41与密闭药室42之间物理连接。拔销器4的密闭药室42内部设有容置空间的密闭药室，其容置空间内设有起爆物质，密闭药室42连接火工电缆43，火工电缆43连接火工接插件44，密闭药室42通过火工电缆43和火工接插件44与航天器的火工供电设备进行连接。其中火工电缆43的长度结合分离式监测相机在航天器上的布局进行合理设计。当航天器的火工供电设备触发密闭药室42起爆与杆件41断开物理连接，则实现相机头部2与底座6及航天器之间解除固定。

分离开关3包含两对弹性组件32和固定组件31。固定组件31安装于相机头部2与底座6的对界面，弹性组件32安装于底座6上，两对固定组件31和弹性组件32的安装位置分别相互匹配相对设置。相机头部2固定于航天器上底座6时弹性组件32处于压紧状态，压紧贴合于固定组件31，当相机头部2与航天器解除固定，弹性组件32恢复伸展，使相机头部2与航天器相互分离。

分离开关3的每个固定组件31和弹性组件32各设有两个触点并焊有导线，固定组件31和弹性组件32在接触状态下具有良好的导电特性。两组弹性组件32对应的四根导线汇总到电连接器5上，电连接器5固定安装于底座6上，相机头部2固定于航天器上时，航天器通过电连接器5和分离开关3向相机头部2供电。

如图3所示，本发明还公开了一种分离式监测装置的分离监测方法，该方法具体包含以下步骤：

步骤1、实施分离时，航天器火工供电设备对拔销器4进行供电；密闭药室42内部起爆物质(火药)起爆，杆件41与密闭药室42断开物理连接。

步骤2、分离开关3的弹性组件32恢复伸展，在其弹力作用下，使相机头部2与航天器上的底座6相互分离。

通过相机头部2的质量、分离开关3弹性组件32的弹性势能及弹力大小进行匹配性设计，确保相机头部2的理论初始分离速度处于0.2m/s至0.5m/s之间。

步骤3、航天器通信控制相机头部2的成像镜头1对航天器的进行成像监测。在远离航天器的过程中，相机头部2对航天器本体进行成像，并通过无线通信形式将测量数据回传至航天器。

通过合理布局，在避开相机头部2分离方向±20°范围内的基础上，将航天器要监测的任意关键部位置于分离式监视相机顶部成像镜头1视场内，使得在分离式监视相机分离前可兼顾航天器关键部位成像监测。

进一步的，分离式监测相机的分离时机优先考虑以下两方面：1)航天器实施关键动作前进行分离，实现航天器关键动作过程进行成像监测；2)航天器路过某天体时进行分离，监测相机获取以天体为背景下的航天器影像。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。