为了缩短皮卫星研制周期,降低设计成本,斯坦福大学与加州理工学院联合制订了立方星标准[9],并设计研制了立方星星箭分离装置P-POD[10],随后出现了依据此标准的ISIPOD[11]、J-SSOD等分离装置。目前,世界上各主要运载箭大都采用包带锁紧装置和点状连接解锁装置作为星箭连接和分离机构,但是随着卫星尺寸重量越来越小,传统的包带锁紧装置和点状连接解锁装置已经不能满足皮纳卫星的发射分离要求[12]。目前国际通用立方星释放分离机构标准[13]74515
国际通用立方星释放分离机构标准[13]
释放分离机构名称 允许的最大质量 机构的尺寸设计
单单元 1。33kg 100mm 100mm 113。5mm
双单元 2。66kg 100mm 100mm 227mm
三单元 3。5kg 100mm 100mm 340。5mm
GNB 7。5kg 200mm 200mm 200mm
H27 10kg 270mm 270mm 270mm
2000年2月7日两颗绳系皮卫星与“母”卫星OPAL分离进入太空,这标志着皮量级卫星时代的到来[14]。国外,早在20世纪70年代,Palmer和Mitchell等在不考虑初始角速度的情况下,将星箭分离近似为平面相对运动,建立了星箭分离的数学模型,分析了弹簧刚度、星箭偏心质量等参数对分离过程的影响[15];Jeyakumar等进一步考虑星箭初始角速度与重力梯度的影响,建立了星箭空间相对运动的数学模型,仿真模拟了星箭分离过程,并用概率统计方法分析了各设计参数的误差对入轨精度的扰动[16]。国内,论文网哈尔滨工业大学的李中郢、崔乃刚等做了相似工作,建立了星箭分离的动力学方程,通过分析发现,星箭分离前的初始角速度是星箭分离过程中发生碰撞的主要原因[17]。付碧红、杜光华通过对各种干扰因素的分析,计算了这些干扰因素共同作用的扰动力矩,利用动量、能量守恒定理和刚体转动力学方程建立了星箭分离动力学模型,最终得到了卫星分离的速度、姿态参数和星箭相对位置[18]。蒋超、王兆魁等对偏心安装的子卫星在轨分离问题进行了动力学分析建模,并分析了分离弹簧弹性刚度和卫星相对安装位置对卫星入轨姿态的影响[19]。王秋梅、孟宪红采用ADAMS软件对子星释放过程进行仿真,并对分离过程进行了动力学建模分析[20]。浙江大学谢长雄、傅建中等设计并研制了皮卫星星箭分离机构并为实现星箭无干涉分离分别对动力系统、防干涉系统等关键部件进行了理论计算和数值分析[12]。
目前国内外已有近100颗微小星发射入轨,被广泛应用于大学开展航天科学研究与教育,通过组网形成星座,可以实现对海洋、大气环境、船舶、航空飞行器等的检测。在立方星释放机构方面我学习和了解了立方星发射历史上的多个经典案例