一種用于商業(yè)航天衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱設(shè)計

王慶元

【摘 要】隨著我國商業(yè)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的商業(yè)航天衛(wèi)星進入了太空中，商業(yè)航天衛(wèi)星發(fā)射前的運輸、貯存需要研制專用的包裝箱。本文針對商業(yè)航天衛(wèi)星的特點：尺寸小、重量輕、轉(zhuǎn)場多、成本低，提出了一種用于商業(yè)航天衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱，并為相關(guān)領(lǐng)域研究提供參考資料。

【關(guān)鍵詞】商業(yè)航天衛(wèi)星;智能包裝箱設(shè)計;應(yīng)用價值

中圖分類號： V474 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）27-0015-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.27.006

【Abstract】With the vigorous development of China's commercial space industry， more and more commercial space satellites have entered space. The transportation and storage of commercial space satellites before launch require the development of special packaging boxes. Aiming at the characteristics of commercial space satellites： small size， light weight， large number of transfer fields and low cost， this paper proposes a smart box for commercial space satellite transportation，It also provides reference materials for related research fields.

【Key words】Commercial space satellites; Intelligent Packing Box Design; Application value

0 引言

衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱是衛(wèi)星運輸過程中的重要載體，是一種能夠為衛(wèi)星在運輸過程中提供一個潔凈、溫濕度可控、氮氣保護的環(huán)境，同時具有箱內(nèi)環(huán)境監(jiān)測記錄、顯示的產(chǎn)品。因此，智能包裝箱在衛(wèi)星運輸中的使用，符合新時期航天衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展需求，具有十分重要的應(yīng)用價值。本文以某智能包裝設(shè)計為例，就其設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)及實效性等方面，做了具體闡述。

1 傳統(tǒng)航天器包裝箱的結(jié)構(gòu)模式

傳統(tǒng)航天器包裝箱具有減振、氣密、防塵、防雨、溫度控制、壓力控制、移動行走等功能，為整體型上下開合結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)采用5A06鋁合金焊接而成（鋁原材料價格在5萬元/噸），中間采用聚氨酯發(fā)泡（有一定污染），各環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)為定制開發(fā)（每一個包裝箱的控制系統(tǒng)各不相同），其總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

傳統(tǒng)航天器包裝箱每次的開合箱工作均需要移動式吊車或天車的輔助才能實現(xiàn)開合箱動作。

2 航天衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱設(shè)計

商業(yè)航天衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱（以下簡稱包裝箱）設(shè)計考慮包裝箱研制的低成本、環(huán)保、操作的簡便。在航天衛(wèi)星運輸中，智能包裝箱的設(shè)計構(gòu)建，能夠在一定程度上改善當(dāng)前包裝箱的不足與問題，為衛(wèi)星運輸提供更加低成本、高效率的安全運輸保障，在實踐應(yīng)用中表現(xiàn)出較大的價值。

包裝箱設(shè)計為保溫氣密式包裝箱。主體設(shè)計為長方體結(jié)構(gòu)，箱底部為平面結(jié)構(gòu)，箱頂部兩長側(cè)面進行切除處理，這是兼顧伊爾76飛機吊點的必須要求，同時也起到了美化包裝箱整體外觀的作用。包裝箱分為箱體和箱門兩大部分，采用側(cè)開門結(jié)構(gòu)。在便捷性方面采用側(cè)開門加導(dǎo)軌推拉衛(wèi)星進出包裝箱的形式（較傳統(tǒng)航天器包裝箱減少了每次產(chǎn)品進出需要采用吊車開箱的操作）。

包裝箱主要分為結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)包括箱體、箱門、內(nèi)部接口、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。包裝箱結(jié)構(gòu)為產(chǎn)品的承載載體，內(nèi)部接口是用來與產(chǎn)品連接，同時保證減振后傳到產(chǎn)品的加速度滿足要求的措施，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)為存放產(chǎn)品的運輸載體的環(huán)境條件提供保障。

包裝箱主體材質(zhì)選用航空鋁型材焊接而成（成本較5A06下降約一半），保溫材料選用高強植物纖維復(fù)合保溫板（綠色環(huán)保）。在智能包裝設(shè)計中，為了更好地保障包裝箱的使用性能，在材料選擇等方面，更加強調(diào)材料的質(zhì)量以及環(huán)保性。特別是高強植物纖維復(fù)合保溫板的使用，符合綠色環(huán)保節(jié)能的要求。

2.1 側(cè)開門

綜合考慮包裝箱箱的承壓性能和氣密性能、結(jié)構(gòu)支撐功能，對門的梁體和密封法蘭、蒙皮按照外形狀態(tài)進行合理布局。

門的左側(cè)是與箱體連接的合頁式結(jié)構(gòu)，并在合箱門時起到固定門的作用，門的開合角度最大可到230°。沒有轉(zhuǎn)軸的地方設(shè)有鎖銷孔，用于箱門合上后對箱門進行鎖定。這樣既保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時也便于使用，能夠更好地滿足航天衛(wèi)星運輸?shù)膶嶋H需求。

門的左下角加開門支撐裝置，作用是在門打開后，將支持搖下?lián)蔚兀苊忾T在打開裝懸空受力，使合頁處變形。支撐裝置為快卸結(jié)構(gòu)，不用時可拆卸。

2.2 內(nèi)部接口

產(chǎn)品及其支架通過腳輪由把手沿導(dǎo)軌出包裝箱，箱內(nèi)導(dǎo)軌焊接于包裝箱內(nèi)底面，箱外導(dǎo)軌通過導(dǎo)向板和定位銷與箱內(nèi)導(dǎo)軌固定連接。裝箱操作流程見圖2，出箱流程相反。

2.3 小門

包裝箱為方便產(chǎn)品進入箱內(nèi)進行緊固等操作，在空調(diào)端長側(cè)面加開小門。為保證氣密性，門不易過大，門的大小寬550mm高950mm。一個人彎腰即可進出，極大的提高了使用的便捷性，符合航天衛(wèi)星的運輸需求。

小門的密封方式為16個螺釘壓緊真空橡膠密封圈的形式，螺釘間距約200mm。

小門為保溫，內(nèi)側(cè)為3mm厚的蒙皮，與密封法蘭焊接并保證氣密。外側(cè)為1.5mm外蒙皮，中間位填充聚氨酯泡沫板進行保溫。

2.4 箱體

包裝箱箱體是主承力結(jié)構(gòu)，是采用剛性梁焊接的剛性支承結(jié)構(gòu)。為了產(chǎn)品進出包裝箱，設(shè)計為導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。骨架由井字型梁主結(jié)構(gòu)與許多小梁組合而成的構(gòu)架。其內(nèi)部覆蓋一層蒙皮構(gòu)成受力體。箱體主要通過在由鋁管焊成的主梁、骨架上焊接內(nèi)蒙皮形成氣密結(jié)構(gòu)，來保證包裝箱的氣密性，外蒙皮與骨架鉚接，接縫處涂膠粘接，起到防雨的作用。因此，在箱體結(jié)構(gòu)及性能的構(gòu)建中，更加注重箱體結(jié)構(gòu)的主承力效果，并且在防雨性能等方面，保障包裝箱的有效性。

2.5 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境檢測系統(tǒng)由傳感器單元、現(xiàn)場采集控制單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控單元、空調(diào)單元、自動充排氣單元、供電單元共六部分組成。通過環(huán)境檢測系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠更好地了解及控制運輸過程中的內(nèi)外環(huán)境條件，保障航天衛(wèi)星運輸過程中的安全。

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)工作過程如下：傳感器單元將各傳感器的參量值以電壓方式從A/D采集接口輸入給數(shù)據(jù)采集控制板卡，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過LAN口傳輸給筆記本電腦，筆記本電腦將這些值顯示并存儲;利用筆記本電腦里的測控軟件，將控制命令送給板卡的DO口和驅(qū)動電路以控制充排氣閥，通過狀態(tài)反饋電路和DI口將工作狀態(tài)反饋給筆記本電腦。空調(diào)單元用于自動調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫度，既可通過空調(diào)控制器對空調(diào)進行本地控制，也可通過筆記本電腦遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)中使用一個RS485轉(zhuǎn)網(wǎng)口的模塊，將空調(diào)信號接口轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)接口，然后通過一臺交換機將此信號和數(shù)據(jù)采集控制板卡信號集成為一條網(wǎng)線，傳輸給筆記本電腦。

3 結(jié)語

隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，構(gòu)建高效、安全的航天衛(wèi)生發(fā)展環(huán)境，要求強化航天衛(wèi)星運輸?shù)目茖W(xué)構(gòu)建，特別是在商業(yè)航天衛(wèi)星運輸?shù)闹悄馨b箱的設(shè)計中，智能包裝箱的設(shè)計，能夠更好地滿足航天衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展需求，在成本、安全性及效率等方面，明顯由于傳統(tǒng)包裝箱，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值。從本文探討中發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)包裝箱，智能包裝箱的研發(fā)成本低、操作安全高，且極大地提高了操作效率，在實踐應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

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