[发明专利]一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置

说明书

本发明提出一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，包括四组标准展开单元、标准展开单元底板、驱动系统、帆箱、阻力帆外壳和解锁装置；标准展开单元包括展开单元转轴、用于撑开阻力帆的支撑杆、展开单元转轴保护壳以及展开单元外壳。相较于目前单一布局形式的阻力帆设计，本发明通过采用标准化、模块化的标准展开单元，利用标准展开单元的不同安装方式，就能够便捷的实现不同布局形式的阻力帆，如平面径向展开方式阻力帆设计、具有气动自稳定特性阻力帆设计、平面切向展开方式阻力帆设计，不需要为不同的阻力帆布局设计不同的展开结构，以便于更好地满足不同的任务要求，简化了方案设计过程，缩短了立方星的设计周期，推进立方星相关配套设施向着更加模块化的方向发展。

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别是立方星降轨技术领域，具体为一种用于立方星离轨的标准模块化空间可展开阻力帆装置。

背景技术

立方星具有质量较小、结构较简单、成本低廉、研发周期短和功能密度高等优点，可以进一步组网，以分布式的星座形成“虚拟大卫星”，主要用于通信、对地遥感、科学研究等。随着现代科技的更新发展，立方星的使用会更加频繁。但立方星能够携带的燃料少，工作时间较短。达到工作寿命后如果不能及时清理，将会占用宝贵的空间轨道资源，威胁其他在轨航天器的正常运行。

2007年，机构间空间碎片协调委员会(IADC)出版了《空间碎片减缓指南》，建议航天器在完成任务后25年内或者入轨后30年内应离开运行轨道。同时，我国国防科工局也出台了《空间碎片减缓与防护管理办法》等文件，要求低轨卫星应具备主动离轨能力。阻力帆技术是目前最适合立方星降轨的一种降轨方法。因此，秉承可持续发展的理念，设计适用于立方星快速离轨的空间可展开阻力帆具有深刻的现实意义，对维护空间环境，为人类更好地利用太空，保护空间资源有着重要的作用。如天仪研究院自主研制的“青藤之星”(天仪SPACETY.天仪研究院第六次太空任务发射成功[DB/OL].[2019-05-01].https://mp.weixin.qq.com/s/vocMkcY-LZb_s28AT9JkPw)携带的阻力帆装置，展开面积为0.7m²，可以使卫星在6～12个月内离轨。“青藤之星”于2019年1月发射入轨。

目前常见的阻力帆设计均针对于某种特定的展开布局，范例如下：

中国专利申请号为：201620485944.7公开的一种阻力帆设计，该阻力帆设计的展开方式为平面径向展开布局，该阻力帆布局的优势在于整体结构简单，且支撑杆切向的伸出方向十分契合单一的中心转轴结构，可以尽可能减少带状卷尺弹簧反曲的问题，但是其局限性也较为明显，首先，该阻力帆设计展开后位于同一平面不具备气动自稳定特性，对卫星的姿态控制系统要求较高，其次带状卷尺弹簧展开过程迅速且不受控，易出现膨胀卡死的现象，最后，从帆膜的角度来说，切向展开方式会造成帆膜两侧受力不均匀，产生内力不对称的情况，易使单侧帆膜先行出现破损。因此，该阻力帆无法适配于一些成本较低，姿态控制系统不完善的立方星。

中国专利申请号为：202010293058.5公开的一种阻力帆设计，该阻力帆为一种具有气动自稳定布局的阻力帆，相较于上段所述的阻力帆设计，该阻力帆不存在帆膜受力不对称的问题，且气动自稳定设计的存在降低了对立方星的要求，但是相较于前者，该阻力帆在相同条件下的帆膜面积较小，且存在底板空间利用率不足，传动机构较复杂的问题，同时当立方星姿态控制系统较完善时，气动自稳定设计便没有其设计的必要性，也成为了阻力帆帆膜面积的限制因素。

综合上述专利，我们不难看出不同的立方星，适用于不同的展开布局，但是目前阻力帆设计在展开方式上没有实现标准模块化，不同的展开布局所适用的阻力帆结构各不相同，在确定展开布局后，设计人员不得不为不同的立方星方案设计不同阻力帆结构，无形中延长了设计过程，增加了设计周期。

发明内容