一种基于星箭分离插头设计的火工品起爆使能电路的制作方法

本实用新型涉及一种基于星箭分离插头设计的火工品起爆使能电路，主要应用于由运载火箭发射入轨且自动实现星箭分离的人造卫星领域。

背景技术：

目前绝大部分人造卫星需要由运载火箭发射进入太空，卫星发射前与火箭末级一般通过对接框和爆炸螺栓等专用接口和装置进行机械接口连接，并通过分离插头、分离开关及电缆等装置完成卫星与火箭必要的电气接口连接，主要用于实现：星箭分离控制、星箭分离状态表征等功能。

限于运载火箭的能力，一般火箭发射进入太空，整流罩抛罩后，在运载能力末段推力结束前，卫星与火箭末级要适时分离，后续则依靠卫星自身的轨道控制和推进能力，实现真正卫星变轨和最终入轨。因此，星箭分离信号主要用于启动从而完成上述卫星与火箭分离后的一系列相关自动程序控制，其中包括：使能卫星火工装置(一般主要包括化学推进电爆阀、可展开式太阳翼压紧解锁火工切割器等)安全起爆控制功能。

航天器火工装置起爆电路设计指南要求规定，在电路正常连接状态下，应确保1～2道的意外操作不会导致火工装置误起爆。

针对以上需求：星箭分离前，为防止火工装置误起爆，禁止卫星火工装置安全起爆控制电路工作；星箭分离后，自动使能卫星火工装置安全起爆控制电路功能，确保卫星后续火工品相关程控事件的自主执行，需要设计一种火工品起爆使能接口电路，同时需实现必要的冗余可靠性设计。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种基于星箭分离插头设计的火工品起爆使能电路，通过光耦隔离设计实现分离插头分离信号与火工品起爆主通路及供电通路彻底隔离，提高了火工品起爆控制使能所用的分离信号的可靠性和故障隔离的健壮性。

本实用新型解决技术的方案是：

一种基于星箭分离插头设计的火工品起爆使能电路，包括第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f及接口电路，火工品管理模块pm1采集第一星箭分离插头x1f提供的星箭分离信号，火工品管理模块pm2采集第二星箭分离插头x2f提供的星箭分离信号；

同一接点信号对应的一对接点，在箭内星用电缆端进行短接，在星上电缆端分别各自接入接口电路火工品使能状态正和火工品使能状态负，火工品使能状态正和火工品使能状态负串联在光耦v1、v2、v5、v6输入端供电回路，通过调整星箭分离插头上述成对接点的连通和断开状态，控制光耦输入端12v电源接通或断开；

星箭分离前，箭内星用电缆与星上电缆通过第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f连接，火工品使能状态正和火工品使能状态负为短接状态，光耦v1、v2、v5、v6输入端供电连通，输出端导通，光耦输出端的隔离二极管d1～d8、d19～d22采用肖特基二极管，指令行隔离二极管d9～d16、d23～d26采用普通二极管，使产生28v起爆指令时pnp三极管v3、v4、v7、v8处于截止状态，继电器s1、s2保持断开状态，保证发火a、发火b电路都无法使能；

星箭分离后，箭内星用电缆第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f连接器头端与星上电缆第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f连接器座端脱离，火工品使能状态正和火工品使能状态负为断开状态，光耦v1、v2、v5、v6输入端供电断开，输出端截止，产生28v起爆指令时pnp三极管v3、v4、v7、v8分别受r5和r7、r8和r10、r15和r17、r18和r20的分压关系控制处于导通状态，起爆指令从而驱动继电器s1、s2接通，从而使能发火a、发火b电路，完成星上火工装置正常起爆。

进一步的，第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f提供的分离信号为无源信号。

进一步的，星箭分离前后成对使用的两接点之间通断发生变化或阻值高低发生变化。

进一步的，单路起爆主份指令行、单路起爆备份指令行用于控制发火a使能电路，单独起爆单路火工品；

双路起爆主份指令行、双路起爆备份指令行同时控制发火a使能电路和发火b使能电路，同时起爆双路火工品。

进一步的，继电器s1、s2分别用于控制发火a电路和发火b电路的使能禁止。

进一步的，第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于火箭一侧的插头端连接器接点50和连接器接点58短接连通，连接器接点51和连接器接点43短接连通；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点50一端连接火箭一侧的插头端连接器接点50，另一端连接卫星内部二次电源地；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点58一端连接火箭一侧的插头端连接器接点58，另一端连接光耦v1、v2各自的发光二极管阴极；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点43一端连接火箭一侧的插头端连接器接点43，另一端连接卫星内部二次电源地；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点51一端连接火箭一侧的插头端连接器接点51，另一端连接光耦v5的发光二极管阴极。

进一步的，电阻r1的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r1的另一端连接光耦v1的发光二极管阳极；电阻r2的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r2的另一端连接光耦v2的发光二极管阳极；电阻r3的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r3的另一端连接光耦v1的三极管基极；电阻r4的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r4的另一端连接光耦v2的三极管基极；电阻r5的一端连接电阻r7的一端，电阻r5的另一端连接二极管d9、d10、d11、d12的阴极和三极管v3的发射极；电阻r6的一端连接光耦v2的三极管发射极，电阻r6的另一端连接三极管v3的基极；电阻r7的一端连接电阻r5的一端，电阻r7的另一端连接电阻r10的一端、继电器s1线包的负端和二极管d17的阳极；电阻r8的一端连接电阻r10的一端，电阻r8的另一端连接二极管d9、d10、d11、d12的阴极和三极管v4的发射极；电阻r9的一端连接光耦v2的三极管发射极，电阻r9的另一端连接三极管v4的基极。

进一步的，电阻r11的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r11的另一端连接光耦v5的发光二极管阳极；电阻r12的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r12的另一端连接光耦v6的发光二极管阳极；电阻r13的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r13的另一端连接光耦v5的三极管基极；电阻r14的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r14的另一端连接光耦v6的三极管基极；电阻r15的一端连接电阻r17的一端，电阻r15的另一端连接二极管d23、d24的阴极和三极管v7的发射极；电阻r16的一端连接光耦v6的三极管发射极，电阻r16的另一端连接三极管v7的基极；电阻r17的一端连接电阻r15的一端，电阻r17的另一端连接电阻r20的一端、继电器s2线包的负端和二极管d27的阳极；电阻r18的一端连接电阻r20的一端，电阻r18的另一端连接二极管d23、d24的阴极和三极管v8的发射极；电阻r19的一端连接光耦v6的三极管发射极，电阻r19的另一端连接三极管v8的基极。

进一步的，光耦v1的三极管集电极连接二极管d1、d2、d3、d4的阴极；光耦v1的三极管发射极连接光耦v2的三极管集电极；光耦v5的三极管集电极连接二极管d19、d20的阴极；光耦v5的三极管发射极连接光耦v6的三极管集电极。

进一步的，二极管d1的阳极与二极管d5的阴极连接，二极管d2的阳极与二极管d6的阴极连接，二极管d3的阳极与二极管d7的阴极连接，二极管d4的阳极与二极管d8的阴极连接，二极管d5的阳极与单路起爆主份指令行连接，二极管d6的阳极与单路起爆备份指令行连接，二极管d7的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d8的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d9的阳极与二极管d13的阴极连接，二极管d10的阳极与二极管d14的阴极连接，二极管d11的阳极与二极管d15的阴极连接，二极管d12的阳极与二极管d16的阴极连接，二极管d13的阳极与单路起爆主份指令行连接，二极管d14的阳极与单路起爆备份指令行连接，二极管d15的阳极与双路起爆主份指令行连接。

进一步的，二极管d16的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d17的阴极与二极管d18的阳极连接，二极管d18的阴极与三极管v3、v4的集电极、继电器s1线包的正端连接，二极管d19的阳极与二极管d21的阴极连接，二极管d20的阳极与二极管d22的阴极连接，二极管d21的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d22的阳极与双路起爆备份指令行连接；二极管d23的阳极与二极管d25的阴极连接，二极管d24的阳极与二极管d26的阴极连接，二极管d25的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d26的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d27的阴极与二极管d28的阳极连接，二极管d28的阴极与三极管v7、v8的集电极、继电器s2线包的正端连接。

进一步的，继电器s1开关的一端连接pm发火电路一侧的发火a使能信号正，继电器s1开关的另一端连接pm发火电路一侧的发火a使能信号负，继电器s2开关的一端连接pm发火电路一侧的发火b使能信号正，继电器s2开关的另一端连接pm发火电路一侧的发火b使能信号负。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型x1f、x2f各自对应一个火工品管理模块pm，单个分离插头故障或单个pm故障，均不会影响火工装置正常起爆功能；

(2)本实用新型发火a、发火b电路使能禁止均由两个光耦元器件控制，两个光耦输入端并联，输出端串联，防止单个光耦故障而导致无法使能发火电路；

(3)本实用新型光耦元器件输入端采用+12v供电，根据光耦元器件参数合理匹配设计独立的限流电阻r1、r2、r11、r12阻值，确保光耦输出端安全可靠导通；

(4)本实用新型三极管v3、v4互为备份，三极管v7、v8互为备份，防止单个三极管故障导致发火电路使能禁止功能失效；

(5)本实用新型光耦输出端的隔离二极管，指令行隔离二极管均进行串联，防止单个矩阵指令二极管失效造成其他正常指令误动作；

(6)本实用新型通过合理分配和利用现有星箭分离插头未定义接点，在不增加星箭电气接口元器件数量的基础上，保证卫星火工品起爆控制使能所需的星箭分离信号。

附图说明

图1是本实用新型星箭分离插头与火工品管理模块接口电路。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。

本实用新型适应强调智能自主生存能力的新一代卫星的星箭分离电气接口设计需求，通过在现有用于星箭、星地功率和信号接点连接的星箭分离插头内部，利用未定义使用的空接点，增加星箭分离信号接点，并通过将此星箭分离信号引入火工品起爆控制使能电路，作为卫星火工品起爆控制的使能信号，彻底避免了卫星火工品在星箭分离前由于意外操作或故障导致火工装置误起爆的风险，同时可以实现星箭分离后，卫星自主使能火工品起爆控制功能，完成后续程控事件自主执行。

星箭分离插头中用于星箭分离电气接口的接点定义如表1所示。

表1

表1中同一接点信号名称的一对接点，在箭内星用电缆端(即火箭一侧)进行短接，在星上电缆端(即卫星一侧)分别各自接入接口电路火工品使能状态正和火工品使能状态负，火工品使能状态正和火工品使能状态负串联在图1光耦v1、v2、v5、v6输入端供电回路，通过调整星箭分离插头上述成对接点的连通和断开状态，控制光耦输入端12v电源接通或断开。

星箭分离前，箭内星用电缆与星上电缆通过x1f、x2f连接，因此火工品使能状态正和火工品使能状态负为短接状态，光耦v1、v2、v5、v6输入端供电连通，输出端导通，光耦输出端的隔离二极管d1～d8、d19～d22采用肖特基二极管，指令行隔离二极管d9～d16、d23～d26采用普通二极管，使产生28v起爆指令时pnp三极管v3、v4、v7、v8处于截止状态，继电器s1、s2保持断开状态，保证发火a、发火b电路都无法使能，从而避免了星箭未分离状态下接收到程控错误指令导致误爆星上火工装置；

星箭分离后，箭内星用电缆x1f、x2f连接器头端与星上电缆x1f、x2f连接器座端脱离，因此火工品使能状态正和火工品使能状态负为断开状态，光耦v1、v2、v5、v6输入端供电断开，输出端截止，产生28v起爆指令时pnp三极管v3、v4、v7、v8分别受r5和r7、r8和r10、r15和r17、r18和r20的分压关系控制处于导通状态，起爆指令从而驱动继电器s1、s2接通，从而使能发火a、发火b电路，完成星上火工装置正常起爆。

实施例

如图1所示，第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于火箭一侧的插头端连接器接点50和连接器接点58短接连通，连接器接点51和连接器接点43短接连通；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点50一端连接火箭一侧的插头端连接器接点50，另一端连接卫星内部二次电源地；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点58一端连接火箭一侧的插头端连接器接点58，另一端连接光耦v1、v2各自的发光二极管阴极；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点43一端连接火箭一侧的插头端连接器接点43，另一端连接卫星内部二次电源地；第一星箭分离插头x1f、第二星箭分离插头x2f位于卫星一侧的插座端连接器接点51一端连接火箭一侧的插头端连接器接点51，另一端连接光耦v5的发光二极管阴极。

电阻r1的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r1的另一端连接光耦v1的发光二极管阳极；电阻r2的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r2的另一端连接光耦v2的发光二极管阳极；电阻r3的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r3的另一端连接光耦v1的三极管基极；电阻r4的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r4的另一端连接光耦v2的三极管基极；电阻r5的一端连接电阻r7的一端，电阻r5的另一端连接二极管d9、d10、d11、d12的阴极和三极管v3的发射极；电阻r6的一端连接光耦v2的三极管发射极，电阻r6的另一端连接三极管v3的基极；电阻r7的一端连接电阻r5的一端，电阻r7的另一端连接电阻r10的一端、继电器s1线包的负端和二极管d17的阳极；电阻r8的一端连接电阻r10的一端，电阻r8的另一端连接二极管d9、d10、d11、d12的阴极和三极管v4的发射极；电阻r9的一端连接光耦v2的三极管发射极，电阻r9的另一端连接三极管v4的基极。

电阻r11的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r11的另一端连接光耦v5的发光二极管阳极；电阻r12的一端连接卫星内部12v电源正端，电阻r12的另一端连接光耦v6的发光二极管阳极；电阻r13的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r13的另一端连接光耦v5的三极管基极；电阻r14的一端连接卫星内部28v电源正端，电阻r14的另一端连接光耦v6的三极管基极；电阻r15的一端连接电阻r17的一端，电阻r15的另一端连接二极管d23、d24的阴极和三极管v7的发射极；电阻r16的一端连接光耦v6的三极管发射极，电阻r16的另一端连接三极管v7的基极；电阻r17的一端连接电阻r15的一端，电阻r17的另一端连接电阻r20的一端、继电器s2线包的负端和二极管d27的阳极；电阻r18的一端连接电阻r20的一端，电阻r18的另一端连接二极管d23、d24的阴极和三极管v8的发射极；电阻r19的一端连接光耦v6的三极管发射极，电阻r19的另一端连接三极管v8的基极。

光耦v1的三极管集电极连接二极管d1、d2、d3、d4的阴极；光耦v1的三极管发射极连接光耦v2的三极管集电极；光耦v5的三极管集电极连接二极管d19、d20的阴极；光耦v5的三极管发射极连接光耦v6的三极管集电极。

二极管d1的阳极与二极管d5的阴极连接，二极管d2的阳极与二极管d6的阴极连接，二极管d3的阳极与二极管d7的阴极连接，二极管d4的阳极与二极管d8的阴极连接，二极管d5的阳极与单路起爆主份指令行连接，二极管d6的阳极与单路起爆备份指令行连接，二极管d7的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d8的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d9的阳极与二极管d13的阴极连接，二极管d10的阳极与二极管d14的阴极连接，二极管d11的阳极与二极管d15的阴极连接，二极管d12的阳极与二极管d16的阴极连接，二极管d13的阳极与单路起爆主份指令行连接，二极管d14的阳极与单路起爆备份指令行连接，二极管d15的阳极与双路起爆主份指令行连接。

二极管d16的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d17的阴极与二极管d18的阳极连接，二极管d18的阴极与三极管v3、v4的集电极、继电器s1线包的正端连接，二极管d19的阳极与二极管d21的阴极连接，二极管d20的阳极与二极管d22的阴极连接，二极管d21的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d22的阳极与双路起爆备份指令行连接；二极管d23的阳极与二极管d25的阴极连接，二极管d24的阳极与二极管d26的阴极连接，二极管d25的阳极与双路起爆主份指令行连接，二极管d26的阳极与双路起爆备份指令行连接，二极管d27的阴极与二极管d28的阳极连接，二极管d28的阴极与三极管v7、v8的集电极、继电器s2线包的正端连接。

继电器s1开关的一端连接pm发火电路一侧的发火a使能信号正，继电器s1开关的另一端连接pm发火电路一侧的发火a使能信号负，继电器s2开关的一端连接pm发火电路一侧的发火b使能信号正，继电器s2开关的另一端连接pm发火电路一侧的发火b使能信号负。

星箭分离插头x1f、x2f设计型号为yf8-64z，光耦v1、v2、v5、v6设计型号为ols249，pnp三极管v3、v4、v7、v8设计型号为2n2907，电磁继电器s1、s2设计型号为t26p，光耦输出端的隔离二极管d1～d8、d19～d22设计型号为1n5819，指令行隔离二极管d9～d16、d23～d26设计型号为1n6642。

继电器绕组复位二极管d17、d18、d27、d28设计型号为1n6642，光耦输入端限流电阻r1、r2、r11、r12设计型号为rmk3216-1/4w-1kω，光耦三极管基极电阻r3、r4、r13、r14设计型号为rmk3216-1/4w-510kω，三极管分压电阻r5、r8、r15、r18设计型号为rmk3216-1/4w-5.6kω，三极管基极电阻r6、r9、r16、r19设计型号为rmk3216-1/4w-1kω，三极管分压电阻r7、r10、r17、r20设计型号为rmk3216-1/4w-20kω。

本实用新型通过光耦隔离设计实现分离插头分离信号与火工品起爆主通路及供电通路彻底隔离，提高了火工品起爆控制使能所用的分离信号的可靠性和故障隔离的健壮性。

以上所述，仅为本实用新型最佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。