[发明专利]一种基于电活性聚合物的芯片卫星及其姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种基于电活性聚合物的芯片卫星及其姿态控制方法，本发明依据角动量守恒原理，通过芯片卫星中心平台四周设置的电活性聚合物的变形改变系统整体的质量分布，从而实现芯片卫星的姿态机动，因此本发明提出的芯片卫星姿态控制方法摆脱了传统芯片卫星姿态控制方法对磁场和电离层的依赖，在空间任意位置都可实现芯片卫星的姿态机动，极大地扩大了芯片卫星的应用范围；在芯片卫星姿态机动过程结束后，仍使芯片卫星系统保持姿态机动前的平面状态，在这种平面状态下，由电活性聚合物驱动器构成的触角结构处于无需通电的状态，从而使芯片星系统在姿态机动后无需消耗任何能量即可维持所实现的姿态机动。

技术领域

本发明属于航天领域，具体涉及一种基于电活性聚合物的芯片卫星及其姿态控制方法。

背景技术

随着微米、纳米技术的发展，纳卫星和皮卫星等微小卫星逐渐成为空间系统的重要组成部分，开始由科学探索与技术试验阶段向商业运营阶段过渡。与此同时，由美欧提出的芯片卫星概念由于其低廉的成本、快速的研制以及便捷的发射等优势自一提出就广受关注。这种芯片卫星通过集成微机电系统(MEMS)、微光机电系统(MOEMS)和互补金属氧化物半导体(CMOS)等单元来实现。因此其体积极小、质量极轻、功能密度高，可以利用商用流水线批量化生产，易于大规模制造且成本低廉。对于一些科学探测任务，如验证太空碎片的行为模型、绘制地球磁场高空间分辨率图像等，这些芯片卫星具有极大的潜力。

由于质量、体积和功耗的严格限制，提出有效的姿态控制方法成为芯片卫星在空间广泛应用的一大挑战。传统基于推进剂的姿态控制方法无法用于芯片卫星，不仅如此，诸如动量轮和控制力矩陀螺这一类应用于大型航天器的传统姿态控制机构对于芯片卫星来说也已不再适用。然而，地球周围的磁场和电离层为芯片卫星的姿态控制提供了新的思路。利用地球磁场的磁力矩器和洛伦兹力以及利用电离层的电动力绳系统可以实现芯片卫星的姿态控制。然而，以上这些方法仅仅对于拥有磁场或电离层的天体适用，对于不存在磁场或电离层的空间，芯片卫星则无法实现姿态机动，从而极大地限制了芯片卫星的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于电活性聚合物的芯片卫星及其姿态控制方法，从而扩大芯片卫星在空间中的应用范围。

为了达到上述目的，一种基于电活性聚合物的芯片卫星，包括芯片卫星中心平台，卫星中心平台的四周分别设置有左侧电活性聚合物触角、右侧电活性聚合物触角、上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角，左侧电活性聚合物触角、右侧电活性聚合物触角、上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角均能够向两侧弯曲。

一种基于电活性聚合物的芯片卫星的姿态控制方法，包括以下步骤：

步骤一，使分布在芯片卫星中心平台上的左侧电活性聚合物触角和右侧电活性聚合物触角弯曲；

步骤二，使分布在芯片卫星中心平台上的上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角弯曲；

步骤三，使芯片卫星中心平台上的左侧电活性聚合物触角和右侧电活性聚合物触角恢复到初始状态；

步骤四，使芯片卫星的上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角在不改变芯片卫星姿态的情况下恢复到初始状态；

依次完成步骤一、步骤二、步骤三和步骤四，且步骤一中左侧电活性聚合物触角和右侧电活性聚合物触角向同一方向弯曲，步骤二中上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角向芯片卫星的同侧弯曲时，芯片卫星沿x轴转动；

依次完成步骤二、步骤一、步骤三和步骤四，且步骤一中左侧电活性聚合物触角和右侧电活性聚合物触角向芯片卫星的同侧弯曲，步骤二中上部电活性聚合物触角和下部电活性聚合物触角向同一方向弯曲时，芯片卫星沿y轴转动；

依次完成x轴转动和y轴转动时，芯片卫星沿z轴转动。