一种用于商业航天卫星运输的智能包装箱设计

王庆元

【摘 要】随着我国商业航天事业的蓬勃发展，越来越多的商业航天卫星进入了太空中，商业航天卫星发射前的运输、贮存需要研制专用的包装箱。本文针对商业航天卫星的特点：尺寸小、重量轻、转场多、成本低，提出了一种用于商业航天卫星运输的智能包装箱，并为相关领域研究提供参考资料。

【关键词】商业航天卫星;智能包装箱设计;应用价值

中图分类号： V474 文献标识码： A 文章编号： 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

卫星运输的智能包装箱是卫星运输过程中的重要载体，是一种能够为卫星在运输过程中提供一个洁净、温湿度可控、氮气保护的环境，同时具有箱内环境监测记录、显示的产品。因此，智能包装箱在卫星运输中的使用，符合新时期航天卫星事业的发展需求，具有十分重要的应用价值。本文以某智能包装设计为例，就其设计原理、结构及实效性等方面，做了具体阐述。

1 传统航天器包装箱的结构模式

传统航天器包装箱具有减振、气密、防尘、防雨、温度控制、压力控制、移动行走等功能，为整体型上下开合结构，主体结构采用5A06铝合金焊接而成（铝原材料价格在5万元/吨），中间采用聚氨酯发泡（有一定污染），各环境监控系统为定制开发（每一个包装箱的控制系统各不相同），其总体结构示意图如图1所示。

传统航天器包装箱每次的开合箱工作均需要移动式吊车或天车的辅助才能实现开合箱动作。

2 航天卫星运输的智能包装箱设计

商业航天卫星运输的智能包装箱（以下简称包装箱）设计考虑包装箱研制的低成本、环保、操作的简便。在航天卫星运输中，智能包装箱的设计构建，能够在一定程度上改善当前包装箱的不足与问题，为卫星运输提供更加低成本、高效率的安全运输保障，在实践应用中表现出较大的价值。

包装箱设计为保温气密式包装箱。主体设计为长方体結构，箱底部为平面结构，箱顶部两长侧面进行切除处理，这是兼顾伊尔76飞机吊点的必须要求，同时也起到了美化包装箱整体外观的作用。包装箱分为箱体和箱门两大部分，采用侧开门结构。在便捷性方面采用侧开门加导轨推拉卫星进出包装箱的形式（较传统航天器包装箱减少了每次产品进出需要采用吊车开箱的操作）。

包装箱主要分为结构分系统包括箱体、箱门、内部接口、环境监测系统等。包装箱结构为产品的承载载体，内部接口是用来与产品连接，同时保证减振后传到产品的加速度满足要求的措施，环境监测系统为存放产品的运输载体的环境条件提供保障。

包装箱主体材质选用航空铝型材焊接而成（成本较5A06下降约一半），保温材料选用高强植物纤维复合保温板（绿色环保）。在智能包装设计中，为了更好地保障包装箱的使用性能，在材料选择等方面，更加强调材料的质量以及环保性。特别是高强植物纤维复合保温板的使用，符合绿色环保节能的要求。

2.1 侧开门

综合考虑包装箱箱的承压性能和气密性能、结构支撑功能，对门的梁体和密封法兰、蒙皮按照外形状态进行合理布局。

门的左侧是与箱体连接的合页式结构，并在合箱门时起到固定门的作用，门的开合角度最大可到230°。没有转轴的地方设有锁销孔，用于箱门合上后对箱门进行锁定。这样既保证了结构的稳定性，同时也便于使用，能够更好地满足航天卫星运输的实际需求。

门的左下角加开门支撑装置，作用是在门打开后，将支持摇下撑地，避免门在打开装悬空受力，使合页处变形。支撑装置为快卸结构，不用时可拆卸。

2.2 内部接口

产品及其支架通过脚轮由把手沿导轨出包装箱，箱内导轨焊接于包装箱内底面，箱外导轨通过导向板和定位销与箱内导轨固定连接。装箱操作流程见图2，出箱流程相反。

2.3 小门

包装箱为方便产品进入箱内进行紧固等操作，在空调端长侧面加开小门。为保证气密性，门不易过大，门的大小宽550mm高950mm。一个人弯腰即可进出，极大的提高了使用的便捷性，符合航天卫星的运输需求。

小门的密封方式为16个螺钉压紧真空橡胶密封圈的形式，螺钉间距约200mm。

小门为保温，内侧为3mm厚的蒙皮，与密封法兰焊接并保证气密。外侧为1.5mm外蒙皮，中间位填充聚氨酯泡沫板进行保温。

2.4 箱体

包装箱箱体是主承力结构，是采用刚性梁焊接的刚性支承结构。为了产品进出包装箱，设计为导轨结构。骨架由井字型梁主结构与许多小梁组合而成的构架。其内部覆盖一层蒙皮构成受力体。箱体主要通过在由铝管焊成的主梁、骨架上焊接内蒙皮形成气密结构，来保证包装箱的气密性，外蒙皮与骨架铆接，接缝处涂胶粘接，起到防雨的作用。因此，在箱体结构及性能的构建中，更加注重箱体结构的主承力效果，并且在防雨性能等方面，保障包装箱的有效性。

2.5 环境监测系统

环境检测系统由传感器单元、现场采集控制单元、远程监控单元、空调单元、自动充排气单元、供电单元共六部分组成。通过环境检测系统的构建，能够更好地了解及控制运输过程中的内外环境条件，保障航天卫星运输过程中的安全。

环境监测系统工作过程如下：传感器单元将各传感器的参量值以电压方式从A/D采集接口输入给数据采集控制板卡，并将转换后的數据通过LAN口传输给笔记本电脑，笔记本电脑将这些值显示并存储;利用笔记本电脑里的测控软件，将控制命令送给板卡的DO口和驱动电路以控制充排气阀，通过状态反馈电路和DI口将工作状态反馈给笔记本电脑。空调单元用于自动调节箱内温度，既可通过空调控制器对空调进行本地控制，也可通过笔记本电脑远程控制。系统中使用一个RS485转网口的模块，将空调信号接口转为以太网接口，然后通过一台交换机将此信号和数据采集控制板卡信号集成为一条网线，传输给笔记本电脑。

3 结语

随着我国航天事业的不断发展，构建高效、安全的航天卫生发展环境，要求强化航天卫星运输的科学构建，特别是在商业航天卫星运输的智能包装箱的设计中，智能包装箱的设计，能够更好地满足航天卫星事业的发展需求，在成本、安全性及效率等方面，明显由于传统包装箱，表现出巨大的应用价值。从本文探讨中发现，相比于传统包装箱，智能包装箱的研发成本低、操作安全高，且极大地提高了操作效率，在实践应用中具有较大优势。

【参考文献】

[1]肖刚.航天器空运包装箱的研制及其运输试验评价[J].航天器环境工程，2010，12（06）：96-97.

[2]苏新明.航天器运输用包装箱被动保温性能分析[J].宇航学报，201，9（12）：64-65.