劉質(zhì)加 張立華 韓冬

(航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京 100094)

衛(wèi)星的機械總體設(shè)計工作是衛(wèi)星總體設(shè)計的重要組成部分，包含衛(wèi)星構(gòu)型布局設(shè)計、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)設(shè)計、總裝設(shè)計等。其中，構(gòu)型布局設(shè)計的根本任務是在各類約束條件下，確定衛(wèi)星的主承力結(jié)構(gòu)方案、艙段組成，外形尺寸和星箭接口形式，完成衛(wèi)星各類設(shè)備的布局設(shè)計和分析。結(jié)構(gòu)與機構(gòu)設(shè)計是為衛(wèi)星及其儀器設(shè)備提供支撐，承受和傳遞載荷，并保持一定的剛度和尺寸穩(wěn)定性，同時還要設(shè)計星上機構(gòu)以實現(xiàn)星箭分離、星星分離、太陽翼展開等動作?？傃b設(shè)計是根據(jù)總體要求，設(shè)計確定各種星上儀器設(shè)備的安裝位置、緊固方式、電纜波導以及管路走向，確保設(shè)備的功能以及整星的質(zhì)量特性、精度都能滿足總體要求。隨著近年來小衛(wèi)星技術(shù)及應用的快速發(fā)展，小衛(wèi)星任務和載荷日趨多樣化，對衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計也帶來了多樣化的需求，小衛(wèi)星的高性能發(fā)展帶來對強機動能力、高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需求，衛(wèi)星大規(guī)模星群組網(wǎng)帶來了對衛(wèi)星模塊化設(shè)計、批量化總裝的需求，衛(wèi)星不斷縮短的研發(fā)周期帶來了對數(shù)字化手段應用、流程優(yōu)化的需求，這都對小衛(wèi)星機械總體提出了越來越高的要求。

本文針對近年來的小衛(wèi)星發(fā)展需求，系統(tǒng)分析總結(jié)了小衛(wèi)星機械總體設(shè)計技術(shù)近年來的發(fā)展和應用情況，并提出了小衛(wèi)星機械總體技術(shù)的展望。

1 小衛(wèi)星機械總體設(shè)計需求分析

近年來，全球小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展強勁，發(fā)射數(shù)量逐年大幅增長，成為世界航天活動的主要構(gòu)成部分之一。小衛(wèi)星不僅是當下的發(fā)展熱點，未來也將保持快速增長的趨勢[1-2]。小衛(wèi)星由于其小型化、低成本、研制周期短的優(yōu)勢，完成的任務呈現(xiàn)多樣性的特點，覆蓋了一系列應用，包括對地觀測、通信、空間科學、深空探測、技術(shù)試驗等各個領(lǐng)域。針對多樣化的任務需求，小衛(wèi)星的構(gòu)型設(shè)計也隨之多樣化，如太空探索技術(shù)(SpaceX)公司的星鏈衛(wèi)星、國內(nèi)商業(yè)衛(wèi)星的代表吉林一號，都是出于任務的需求，對整體構(gòu)型的個性化設(shè)計。

小衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展和應用領(lǐng)域的不斷擴大，對機械總體設(shè)計也提出了新的需求，其中主要發(fā)展趨勢在于以下幾點。

(1)對地觀測類小衛(wèi)星[3]為了實現(xiàn)看得全、看得清、看得準、看得快的目標，對快速機動能力及高分辨率提出了越來越高的要求，如國際上比較有代表性的法國昴宿星(Pleiades)，這就要求衛(wèi)星機械總體設(shè)計要注重整體構(gòu)型的緊湊性、加強與載荷的一體化設(shè)計以優(yōu)化衛(wèi)星質(zhì)量特性，同時采用新材料、新方法實現(xiàn)高穩(wěn)定的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。

(2)在通信類小衛(wèi)星以及其它低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座任務的牽引下以SpaceX星鏈為代表的高密度、低成本、高度模塊化的小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計發(fā)展勢頭強勁[4-5]，為適應大批量研制發(fā)射的需求，開創(chuàng)性的引進了衛(wèi)星堆疊發(fā)射技術(shù)，首次將批量化生產(chǎn)、發(fā)射技術(shù)引入衛(wèi)星領(lǐng)域，引領(lǐng)了整個行業(yè)的潮流，如何滿足小衛(wèi)星批量化生產(chǎn)和發(fā)射的需求，也是小衛(wèi)星機械總體設(shè)計要考慮的重要問題。

(3)小衛(wèi)星具有作為在軌技術(shù)驗證的先天優(yōu)勢，近些年來，各類依靠新型載荷實現(xiàn)的復雜航天任務，如空間操作、地球電磁場探測[6]、引力波探測[7]等空間任務，以及小衛(wèi)星向超低軌以及深空一近一遠兩個方向的任務擴展應用，對小衛(wèi)星的外形設(shè)計、超精超穩(wěn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、高精度質(zhì)量特性設(shè)計都提出了挑戰(zhàn)。

(4)由于小衛(wèi)星需求的增加，以火工品驅(qū)動為代表的傳統(tǒng)星箭包帶連接解鎖機構(gòu)、太陽翼連接解鎖機構(gòu)等已不能滿足小衛(wèi)星對接口多樣化、低沖擊、低成本的需求。近些年來，星箭解鎖分離由對接環(huán)-包帶式向多點解鎖分離式發(fā)展，解鎖裝置由高沖擊高危險不可重復使用的火工品向以利用記憶合金新材料為代表的新型低沖擊可重復使用解鎖裝置發(fā)展，成本不斷降低。同時星上機構(gòu)還要根據(jù)需求發(fā)展多星堆疊壓緊釋放以及在軌可重復收展、即插即用的各類技術(shù)[8]。

(5)小衛(wèi)星研制周期越來越短，完成一顆衛(wèi)星的全部研制工作已從10年前的20～30個月縮短到現(xiàn)在的6～9個月。為了解決市場需求與研制能力不足的問題，小衛(wèi)星機械總體設(shè)計必須采取分艙、分塊的模塊化設(shè)計，化主線為輔線，變串行為并行，同時在機械設(shè)計上大量采用數(shù)字化手段，推動二維到三維的轉(zhuǎn)化、推動數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、實現(xiàn)數(shù)字化的精細驗證，確保高效率完成設(shè)計并確保一次做對。

2 小衛(wèi)星構(gòu)型布局技術(shù)發(fā)展和應用情況

衛(wèi)星構(gòu)型是指衛(wèi)星整體的基本空間構(gòu)架和形式，衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計在總體設(shè)計中具有較高的地位和重要性，其主要內(nèi)容是設(shè)計適應復雜系統(tǒng)產(chǎn)品外部工程環(huán)境、有利于產(chǎn)品功能實現(xiàn)、有利于研制和能促進產(chǎn)品發(fā)展的總體空間布局、艙段劃分、輪廓尺寸和形狀。因此，保證和有利于衛(wèi)星功能實現(xiàn)就是衛(wèi)星構(gòu)型的主要目的，近20年來，衛(wèi)星功能要求的不斷提升，就是構(gòu)型設(shè)計技術(shù)發(fā)展的最大推力。

衛(wèi)星的姿態(tài)控制方式對構(gòu)型設(shè)計有很大的影響。小衛(wèi)星的姿態(tài)控制經(jīng)歷了自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定兩種方式，適用于不同的任務。自旋穩(wěn)定衛(wèi)星對構(gòu)型有嚴格的要求?？臻g環(huán)境探測雙星[9]就是采用自旋穩(wěn)定控制的衛(wèi)星(見圖1)，其構(gòu)型為圓柱體，采用體裝太陽翼，衛(wèi)星直徑大于高度，其目的是保證自旋軸與最大慣量軸重合。

自旋穩(wěn)定型衛(wèi)星只適用于特定的空間任務需求，三軸穩(wěn)定型的姿態(tài)控制系統(tǒng)是目前小衛(wèi)星的主流控制方式，構(gòu)型設(shè)計與自旋穩(wěn)定型衛(wèi)星也有較大的差別。對于采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制的衛(wèi)星在滿足姿控設(shè)備極性要求的前提下，衛(wèi)星的構(gòu)型設(shè)計更多的是與有效載荷的形態(tài)和要求有關(guān)?；谳p量化設(shè)計思路的板式箱體型構(gòu)型是當時選擇的小衛(wèi)星構(gòu)型最佳方案，一般以六面體為主。如以環(huán)境減災一號衛(wèi)星[10](見圖2)為代表的CAST968平臺的衛(wèi)星構(gòu)型都是這種形式。

圖2 CAST968平臺衛(wèi)星構(gòu)型

隨著遙感衛(wèi)星的發(fā)展，以遙感二號衛(wèi)星為代表的系列衛(wèi)星統(tǒng)稱為CAST2000平臺衛(wèi)星。主要是光學載荷為主，特點是載荷較大，姿控系統(tǒng)設(shè)備較多，與CAST968平臺的衛(wèi)星構(gòu)型相比，CAST2000平臺的衛(wèi)星構(gòu)型(見圖3)在總裝的便捷與快速實現(xiàn)上有了更高的需求，要盡可能的把各個總裝工序并行設(shè)計以減少主線的長度，是當時構(gòu)型設(shè)計重點考慮的一項原則。自此，由載荷艙、平臺艙、推進艙構(gòu)成的分艙設(shè)計，實現(xiàn)載荷、平臺設(shè)備總裝與推進管路焊裝并行，縮短衛(wèi)星研制主線周期，在小衛(wèi)星構(gòu)型模塊化設(shè)計道路上邁出了第一步。

圖3 CAST2000平臺衛(wèi)星構(gòu)型

后續(xù)的天繪系列衛(wèi)星[11]、實踐九號衛(wèi)星、委內(nèi)瑞拉遙感衛(wèi)星等小衛(wèi)星都是采用該構(gòu)型形式。這種構(gòu)型與CAST968平臺的構(gòu)型本質(zhì)都是立方體式的箱板式結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)型結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部設(shè)備布局空間充足，設(shè)備裝填密度較高、外部形狀規(guī)整，構(gòu)型對稱性好，至今仍是小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計的主流。

隨著衛(wèi)星功能的日益增強和新載荷的不斷涌現(xiàn)，對構(gòu)型設(shè)計的新需求也逐漸顯現(xiàn)，近年來，比較有代表性的小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計主要有以下3種。

1)面向敏捷要求的快速機動型小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計

高分辨率、高精度、高敏捷型的高分專項系列衛(wèi)星是“十二五”之后小衛(wèi)星領(lǐng)域的重點型號，其快速機動的需求對整星構(gòu)型提出了新的要求。整星構(gòu)型要緊湊布局，使衛(wèi)星沿俯仰和滾動軸方向的轉(zhuǎn)動慣量盡量小，緊湊型六面體配置3塊剛性太陽翼的CAST3000平臺構(gòu)型(見圖4)應運而生。與CAST2000系列衛(wèi)星的構(gòu)型相比，CAST3000平臺的六面體構(gòu)型具有結(jié)構(gòu)更緊湊、設(shè)備布局面積更大、同等能源需求下太陽翼伸展長度最短等特點。同等配置下，其一方面實現(xiàn)了較低的轉(zhuǎn)動慣量；另一方面，太陽翼采用單板展開并增加撐桿的設(shè)計，有效提高了整星剛度，可以更好地滿足衛(wèi)星快速機動的需求。尤其對于搭配了主動指向超靜平臺的敏捷型衛(wèi)星，這種構(gòu)型設(shè)計可以更好地發(fā)揮三超平臺的高穩(wěn)定性快速機動的功效。

圖4 CAST3000平臺衛(wèi)星構(gòu)型

2)面向快速總裝、批產(chǎn)、批發(fā)射要求的小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計

隨著小衛(wèi)星組網(wǎng)和星群應用需求的逐漸增加，以批量化生產(chǎn)為目的的構(gòu)型設(shè)計成為當前要解決的一個問題。如何實現(xiàn)快速總裝、批量發(fā)射是目前的重點研究方向?；谀K化設(shè)計的衛(wèi)星構(gòu)型形式以及面向批發(fā)射需求高度定制化的衛(wèi)星構(gòu)型形式浮出水面。

模塊化的設(shè)計思路，首先是分艙的設(shè)計思想，平臺、載荷、推進是最基本的三艙設(shè)計方案，三艙間耦合關(guān)系最小，可并行總裝。在此基礎(chǔ)上進一步擴展，衍生出太陽翼模塊、載荷模塊等各個功能模塊，原則就是各個模塊間可并行、模塊間裝配關(guān)系簡單。模塊化構(gòu)型的代表衛(wèi)星有CAST4000平臺衛(wèi)星(見圖5)、微納平臺系列衛(wèi)星(見圖6)等。

圖5 CAST4000平臺衛(wèi)星構(gòu)型

圖6 采用分艙設(shè)計的某微納平臺

另一方面，就是以堆疊式平板衛(wèi)星(見圖7)為代表的面向批量發(fā)射的衛(wèi)星。其設(shè)計宗旨在于充分利用運載的包絡(luò)空間與能力，不但在衛(wèi)星的構(gòu)型設(shè)計上顛覆傳統(tǒng)設(shè)計理念，還要針對傳統(tǒng)單機設(shè)計扁平化改進，最終實現(xiàn)以平板堆疊形式為代表的發(fā)射數(shù)量最優(yōu)，從而實現(xiàn)大規(guī)模批量發(fā)射組網(wǎng)的目的。

圖7 堆疊式平板衛(wèi)星構(gòu)型

3)具有特殊功能需求的小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計

隨著小衛(wèi)星任務的多樣化，小衛(wèi)星在新技術(shù)驗證、空間科學、深空探測等領(lǐng)域的不斷深入，促進了面向各類新型載荷的小衛(wèi)星構(gòu)型的提出。如在空間技術(shù)試驗方面，適應子母星空間釋放、交會、接近等技術(shù)驗證的小衛(wèi)星構(gòu)型設(shè)計，典型代表是皮納二號(PN-2)衛(wèi)星等(見圖8)；在地球重力場、引力波探測方面，精密測量載荷對衛(wèi)星外形、表面狀態(tài)、力熱穩(wěn)定性能、質(zhì)心控制都提出了極高的要求，如低軌重力場測量類衛(wèi)星的構(gòu)型(見圖9)就充分考慮了其減小低軌迎風面積、優(yōu)化整星外形氣動表現(xiàn)以及高精度熱控、超穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的特點；在月球探測方面，為適應地月遠距離中繼通信，鵲橋衛(wèi)星[12]整星構(gòu)型(見圖10)上需適應高增益大型傘狀天線，結(jié)構(gòu)采用最簡化的十字隔板型設(shè)計，整體輕小緊湊，在最大程度上實現(xiàn)輕量化設(shè)計。

圖8 PN-2衛(wèi)星構(gòu)型

圖9 低軌重力場測量衛(wèi)星構(gòu)型示意

圖10 鵲橋衛(wèi)星構(gòu)型

3 小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)發(fā)展情況

在小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)發(fā)展方面，衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)主要采用了“箱板式+對接環(huán)”或“箱板式+推進艙”形式，太陽翼機械部分采用了“剛性基板+渦卷彈簧驅(qū)動鉸鏈”的形式，星箭接口主要為660、937和1194型包帶接口。小衛(wèi)星廣泛使用具有比強度比剛度較高、可設(shè)計性好、結(jié)構(gòu)形式簡單、生產(chǎn)工藝成熟、周期短和經(jīng)濟成本低的鋁合金面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板，適合小衛(wèi)星低成本、短周期的研制特點。為了滿足主結(jié)構(gòu)減輕質(zhì)量的需求，一些小衛(wèi)星任務中局部采用了質(zhì)量輕、剛度好的碳纖維面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板，但該結(jié)構(gòu)板導電和導熱性能差、成本相對高，并沒有在小衛(wèi)星中得到廣泛使用。CAST2000平臺小衛(wèi)星推進艙采用“上下端框+鋁桁條+鋁蒙皮”的結(jié)構(gòu)形式，下端框既是推進艙結(jié)構(gòu)一部分也是對接環(huán)，推進艙質(zhì)量約40 kg左右，主要用于質(zhì)量在1000 kg左右的小衛(wèi)星任務。小衛(wèi)星太陽翼剛性基板采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式，面板為高模量碳纖維/改性環(huán)氧樹脂復合材料網(wǎng)格狀面板，壓緊釋放機構(gòu)主要為壓緊桿式，火工切割器為釋放動力裝置，展開鎖定機構(gòu)采用渦卷彈簧驅(qū)動鉸鏈。

近年來，特別是2015年以后，微納衛(wèi)星發(fā)展迅速，針對微納衛(wèi)星的低成本、短周期、搭載空間有限、搭載形式多樣等特點，微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與機構(gòu)設(shè)計不斷創(chuàng)新。在主結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，“鋁合金加筋結(jié)構(gòu)板+鋁合金框架”、“鋁合金面板鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)板+鋁合金框架”及“側(cè)板主承力”等結(jié)構(gòu)形式被應用于微納衛(wèi)星，充分兼顧了成本、周期、設(shè)備布局、結(jié)構(gòu)性能等綜合需求(見圖11)。在分離機構(gòu)方面，面向輕量化、低成本、低沖擊、可重復使用、批量壓緊釋放等需求，各種新型星箭分離機構(gòu)、星星分離機構(gòu)、太陽翼展開機構(gòu)以及堆疊式平板衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)成為研制熱點(見圖12、13)。其中，旋轉(zhuǎn)式小包帶分離機構(gòu)具有質(zhì)量輕、剛度高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點，可滿足200 kg以下微納衛(wèi)星使用需求。低成本“鋁合金加筋基板+扭簧鉸鏈+記憶合金拔銷器鎖緊釋放”太陽翼，將記憶合金等新材料應用于鎖緊釋放裝置，具有可重復使用、低成本、低沖擊等區(qū)別于傳統(tǒng)火工品解鎖的優(yōu)勢，先后成功應用于多型微納衛(wèi)星任務中。

圖11 多樣化微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)

圖12 多樣化微納衛(wèi)星機構(gòu)

圖13 堆疊衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)

近年來為滿足微納衛(wèi)星結(jié)構(gòu)更短研制周期、更輕質(zhì)量、更高穩(wěn)定性等需求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計理念、新材料新工藝使用方面取得了新的突破[13-14]。例如在采用拓撲優(yōu)化及3D打印技術(shù)方面，面向鵲橋衛(wèi)星的減輕質(zhì)量需求研制出了3D打印動量輪支架和星敏支架，在埃及二號衛(wèi)星上研制了一體化星敏支架，這些次結(jié)構(gòu)的減輕質(zhì)量均達到50%以上(見圖14)，其中一體化星敏支架減輕質(zhì)量甚至達到80%。

圖14 一體化星敏支架拓撲優(yōu)化及3D打印

在主結(jié)構(gòu)設(shè)計上，也采用拓撲優(yōu)化及3D打印技術(shù)研制開發(fā)了高度一體化的微納主結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)構(gòu)件由傳統(tǒng)的十余件縮減成一件，減輕質(zhì)量效果好，集成度極高(見圖15)。

圖15 微納衛(wèi)星拓撲優(yōu)化主結(jié)構(gòu)及3D打印

重力場測量任務需通過整星次結(jié)構(gòu)及主結(jié)構(gòu)實現(xiàn)核心測量設(shè)備及設(shè)備之間的位置穩(wěn)定。研制了近零膨脹的設(shè)備支架，采用碳纖維增強復合材料桁架結(jié)構(gòu)(見圖16)，通過鋪層設(shè)計實現(xiàn)載荷設(shè)備安裝點位移最小化，以滿足載荷相對位置精度要求；開發(fā)了零膨脹桁架式支撐結(jié)構(gòu)，熱變形可控制在10-7/K量級；開展了低熱膨脹的碳/碳結(jié)構(gòu)板的研究，成功研制了高穩(wěn)定重力梯度儀支撐結(jié)構(gòu)并完成了相關(guān)地面試驗，為未來型號應用奠定了堅實基礎(chǔ)。

圖16 碳纖維復合材料零膨脹桁架結(jié)構(gòu)

4 數(shù)字化技術(shù)在小衛(wèi)星機械總體設(shè)計中的應用

隨著小衛(wèi)星研制任務日益增多，研制周期越來越短，衛(wèi)星機械總體設(shè)計必須充分利用數(shù)字化手段，實現(xiàn)高效率的設(shè)計以及高質(zhì)量驗證，確保一次做對，才能帶來高效益。

傳統(tǒng)小衛(wèi)星設(shè)計生產(chǎn)制造流程中，通過三維模型軟件進行建模，完成整星的構(gòu)型布局，管路設(shè)計，電纜走向，結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后通過二維圖紙將需要的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、管路、電纜、零部件的制造要求傳遞至生產(chǎn)制造單位，生產(chǎn)制造單位根據(jù)二維圖紙進行投產(chǎn)加工。在衛(wèi)星總裝、測試與試驗(AIT)過程中主要通過二維圖紙和設(shè)計師編寫的紙質(zhì)文件進行設(shè)備安裝，電纜敷設(shè)等工作，效率比較低。隨著三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)迅猛發(fā)展，近十年來，在中國空間技術(shù)研究院宇航智造工程引領(lǐng)下，小衛(wèi)星積極開展基于模型定義(MBD)的數(shù)字化設(shè)計與制造，其核心內(nèi)容是衛(wèi)星的完整精細化幾何模型，所有相關(guān)的工藝描述信息、屬性信息、管理信息等都附著在產(chǎn)品的三維模型中，結(jié)構(gòu)、電纜、管路、熱控、直屬件、設(shè)備總裝都實現(xiàn)了全三維下廠(見圖17)，極大提高了小衛(wèi)星研制的質(zhì)量和效率。

圖17 管路、電纜全三維設(shè)計

在設(shè)計流程方面，機械總體設(shè)計已經(jīng)全面從傳統(tǒng)一人一星的串行設(shè)計發(fā)展成為依靠全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)實現(xiàn)的多人多星協(xié)同設(shè)計模式，其特點如下：

(1)建立健全了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)+仿真數(shù)據(jù)管理(SDM)+試驗數(shù)據(jù)管理(TDM)的完整系統(tǒng)，實現(xiàn)了版本管理及多人協(xié)同；

(2)實現(xiàn)了自頂而下的規(guī)范設(shè)計(BOM)以及基于骨架模型發(fā)布的構(gòu)型-總裝-熱控-電纜網(wǎng)多專業(yè)協(xié)同模型設(shè)計模式；

(3)建立健全了平臺標準設(shè)備庫、緊固件庫、管閥件庫、直屬件庫、電纜接插件庫等各類通用庫，支撐了快速協(xié)同設(shè)計的開展。

通過向全三維設(shè)計加協(xié)同設(shè)計的轉(zhuǎn)型，小衛(wèi)星機械總體設(shè)計在質(zhì)量和效率上有了長足的進步。全三維設(shè)計模式下，以往衛(wèi)星總裝設(shè)計中的各類常發(fā)的機械干涉問題基本降至0。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計使單星(如500 kg標準小衛(wèi)星)的總裝詳細設(shè)計時間由10年前的近兩個月縮短至現(xiàn)在的兩周，是當前能夠在人員不變的基礎(chǔ)上完成倍增的型號設(shè)計任務的重要保證。

5 發(fā)展展望

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，未來小衛(wèi)星機械總體技術(shù)必然要面對更為復雜的航天任務需求。同時，低成本、大批量、超精超穩(wěn)等方面的需求也會不斷增強，因此，未來小衛(wèi)星機械總體技術(shù)的發(fā)展應重點關(guān)注以下3個方面：

(1)構(gòu)型布局要從不同任務領(lǐng)域需求進行定制化設(shè)計并研究確定最佳構(gòu)型參數(shù)，如面向批量發(fā)射的扁平化設(shè)計、面向快速響應的模塊化設(shè)計、面向超低軌道的特殊氣動外形設(shè)計、面向高機動的質(zhì)量特性設(shè)計、面向在軌重構(gòu)需求的變構(gòu)型設(shè)計等，構(gòu)型布局設(shè)計應從經(jīng)驗化設(shè)計走向細分領(lǐng)域的理論化設(shè)計，不斷提高構(gòu)型布局設(shè)計的科學性；

(2)在小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)技術(shù)方面，應不斷發(fā)展適應不同規(guī)模衛(wèi)星的輕量化標準結(jié)構(gòu)，星載一體化的多功能結(jié)構(gòu)，高穩(wěn)定的零膨脹結(jié)構(gòu)，高度集成的輕量化拓撲結(jié)構(gòu)。在小衛(wèi)星機構(gòu)技術(shù)方面，應發(fā)展大展收比的伸桿機構(gòu)，適用于各類天線的低沖擊展開機構(gòu)，適應微小衛(wèi)星的輕量化太陽翼機構(gòu)，布局靈活的低沖擊點式分離機構(gòu)，面向組批發(fā)射的多星分離機構(gòu)等；

(3)持續(xù)推進數(shù)字化技術(shù)在小衛(wèi)星機械總體設(shè)計中的應用。要與基于模型的系統(tǒng)工程(MBSE)、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實、創(chuàng)成式設(shè)計、產(chǎn)品全生命周期管理等技術(shù)充分融合，不斷提高小衛(wèi)星機械總體設(shè)計能力，實現(xiàn)虛實數(shù)據(jù)的充分融合，進一步提升設(shè)計效率以及形成機械總體的全生命周期數(shù)字資產(chǎn)等。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)小衛(wèi)星機械總體技術(shù)近年來的發(fā)展，針對構(gòu)型布局設(shè)計、結(jié)構(gòu)與機構(gòu)設(shè)計以及機械總體設(shè)計的數(shù)字化發(fā)展等方面進行了總結(jié)，并對小衛(wèi)星機械總體技術(shù)的未來發(fā)展進行了展望。伴隨著小衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展和應用領(lǐng)域的不斷擴大，對小衛(wèi)星機械總體設(shè)計提出了更高的要求，未來小衛(wèi)星機械總體設(shè)計必然面向新的需求，充分利用數(shù)字化手段，提出科學、高效、低成本的解決方案。