本发明专利技术公开了一种利用太阳光压力驱动的深空太阳帆航天器，包括支撑架、四根支撑臂、四块等腰直角三角形帆面、第一太阳能电池片、刻蚀天线、两个滑块、以及四个滚转轴稳定机构。本发明专利技术具有以下优点：采用开放式支撑包装结构和包带，去除了传统卫星的外包装结构，减轻了太阳帆航天器质量；自展开支撑臂能够去除传统充气展开中的充气系统和储气结构，减轻了太阳帆航天器质量；通过应用无线通信技术减少了通信线路的使用，使得大面积太阳帆航天器各个部分均能够进行通信和数据传输，降低了太阳帆航天器的质量；将滑块和滚转轴稳定机构用于姿态控制，能够实现太阳帆航天器的三轴姿态控制，比自旋稳定姿态控制能够执行更为宽泛的任务。
【技术实现步骤摘要】
-种利用太阳光压力驱动的深空太阳帆航天器
本专利技术涉及一种帆形航天器，特别涉及一种利用太阳光压力作为驱动力、具有开 展深空探测能力的太阳帆航天器。
技术介绍
利用太阳光压力驱动的帆形探测器又称为太阳帆航天器，是利用太阳光压进行宇 宙航行的飞行器。在理想的情况下，太阳帆航天器不需要任何燃料，它可以从取之不尽的阳 光中获得持续的推力飞向宇宙空间。只要形状和倾角适当，太阳帆航天器可以飞向包括光 源在内的任何方向，特别是在深空探测方面有极大的优越性。 光子撞击到太阳帆面上并被完全反射回去，对太阳帆产生反作用力推动太阳帆进 行宇宙航行，称为光压力驱动。为了使太阳能提供足够的光压，太阳帆必须尽可能多地捕捉 到太阳光，这就意味着帆的面积必须足够大，为了获得较大的加速度，太阳帆航天器的重量 必须尽可能的轻。在发射时，由于发射空间有限，又需要将太阳帆贮存在较小的空间内。太 阳帆航天器有多种分类方式：由帆面形状不同，可以分为方形帆、圆形帆和叶形帆等；由展 开方式不同，可分为自旋展开太阳帆和支撑杆型太阳帆。 目前世界上很多国家都正在开展太阳帆航天器的研究工作，美国于2010年11月 发射的NanoSail-D太阳帆成功进入近地轨道并进行了展开实验。NanoSail-D帆面是方 形，有四根人字形支撑臂，支撑杆与帆面采用五点（中心点和四个顶点）连接方式。但是针 对深空任务来说日本于2010年5月发射升空的自旋式的IKAR0S是唯一一个成功的案例， IKAR0S对太阳帆面的整体进行折叠，利用自旋离心力实现帆面的分步展开。但是已有的自 旋式太阳帆不适合大面积展开，因此目前针对深空探测任务来说，急需研究一种在轨展开、 具有较大面质比、满足深空探测任务需求的支撑臂形式的太阳帆航天器。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用太阳光压力驱 动的深空太阳帆航天器，利用具有自展开性能的4根支撑臂实现帆面的展开和支撑，采用5 点连接方式实现帆面的拉伸，具有较小面值比，能够满足深空探测任务的需求。 本专利技术的技术方案是：一种利用太阳光压力驱动的深空太阳帆航天器，包括支撑 架、四根支撑臂、四块等腰直角三角形帆面、第一太阳能电池片、刻蚀天线、两个滑块以及四 个滚转轴稳定机构； 两个滑块分别安装在两个相邻的支撑臂上；滑块包括第二太阳能电池片、第一无 线通信模块和遥控运动小车，第二太阳能电池片和第一无线通信模块均位于遥控运动小车 上，遥控运动小车套在支撑臂上；第二太阳能电池片为遥控运动小车供电，第一无线通信模 块与卫星本体进行数据和指令的交互，并将卫星本体的指令输出给遥控运动小车，遥控运 动小车根据接收到的指令在支撑臂上运动，以调整太阳帆航天器的质心位置； 滚转轴稳定机构包括拉杆、第三太阳能电池片、第二无线通信模块、转动机构、支 撑架以及套筒，支撑架为中空结构，第三太阳能电池片和第二无线通信模块安装在支撑架 的向阳面，转动机构安装在支撑架内部，转动机构的转动轴与拉杆的中心连接，支撑架安装 在套筒上，套筒胶粘在支撑臂的顶端；第三太阳能电池片为转动机构供电，第二无线通信模 块与卫星本体进行数据和指令的交互，并将卫星本体的指令输出给转动结构，转动结构能 够根据接收到的指令为太阳帆航天器提供正方向或反方向的转动力矩； 每个等腰直角三角形帆面的直角顶点连接在支撑架的中心支撑柱上，另两个顶点 分别连接在相邻的滚转轴稳定机构的拉杆上；每个等腰直角三角形帆面均由基底和镀层组 成，基底上安装有第一太阳能电池片，镀层上刻蚀有刻蚀天线；第一太阳能电池片在四个等 腰直角三角形帆面组成的方形帆面上对称分布； 所述卫星本体是指深空太阳帆航天器上电子元器件构成的各种单元的总和，卫星 本体位于支撑架上。 还包括包带，太阳帆航天器处于未展开状态时，包带用于对太阳帆航天器各器件 进行束紧，当太阳帆航天器展开时，由控制机构将包带割断，解除对各器件的束缚；包带采 用钛合金带材制成。 所述支撑架采用铝蜂窝板制成。 所述支撑臂由碳纤维复合材料制成。 所述每个等腰直角三角形帆面的基底为聚酰亚胺薄膜，镀层为铝膜。 所述支撑臂上通过镀层形成镀层天线。 本专利技术与现有技术相比的技术效果是： (1)本专利技术利用支撑臂进行帆面展开，不用考虑转动惯量问题，避免了自旋展开过 程中随着面积的增大，转动惯量逐渐增加，导致旋转速度降低，从而可能会产生无法展开的 情况； (2)本专利技术采用正方形构型的帆，相比圆形帆和叶形帆，在力学性能和稳定性方面 具有优势，能够提供更为优异的推进性能； ⑶本专利技术采用了开放式支撑包装结构和包带，去除了传统卫星的外包装结构，减 轻了太阳帆航天器质量； (4)本专利技术的自展开支撑臂能够去除传统充气展开中的充气系统和储气结构，减 轻了太阳帆航天器质量； (5)本专利技术充分利用现有结构，使用了帆面刻蚀天线和支撑臂上的镀层天线，去除 了传统的天线系统，降低了太阳帆航天器质量； (6)本专利技术通过应用无线通信技术减少了通信线路的使用，使得大面积太阳帆航 天器各个部分均能够进行通信和数据传输，降低了太阳帆航天器的质量； (7)本专利技术将滑块和滚转轴稳定机构用于姿态控制，能够实现太阳帆航天器的三 轴姿态控制，比自旋稳定姿态控制能够执行更为宽泛的任务。 【附图说明】 图1为未展开状态下的太阳帆航天器结构示意图； 图2为展开状态下的太阳帆航天器结构示意图； 图3为滑块示意图； 图4为滚转轴稳定机构示意图，其中（a)为左视图，（b)为右视图； 图5为帆面刻蚀天线示意图； 图6为帆面镀层示意图； 图7为支撑臂截面示意图，其中（a)为支撑臂展开时的截面示意图，（b)为支撑臂 折叠时的示意图。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例，对本专利技术技术方案进行进一步说明。 卫星本体位于支撑架1的中心，是指深空太阳帆航天器上电子元器件构成的各种 单元的总和。 图2为展开状态下的深空太阳帆航天器，描述了帆面上的特性。深空太阳帆航 天器主要包括四根支撑臂3、四块帆面4、支撑架1、第一太阳能电池片5 (薄膜太阳能电池 片）、刻蚀天线6、两个滑块9以及四个滚转轴稳定机构10。 四根支撑臂3围绕卫星支撑架1的中心支撑柱均匀布置，每根支撑臂3的一端固 定于支撑架1的中心支撑柱上，另一端安装有滚转轴稳定机构10 ; 滑块9分别安装在两个相邻的支撑臂上。滚转轴稳定机构10安装在四根支撑臂的 顶端。滑块和滚转轴稳定机构工作作用实现姿态控制功能，滑块9的详细结构见图3。滑块 9上包括有第二太阳能电池片14、第一无线通信模块15、能够遥控运动的遥控运动小车16。 第二太阳能电池片14和第一无线通信模块15位于遥控运动小车16上。第二太阳能电池 片14提供给滑块9运动所需要的能源。第一无线通信模块15与卫星本体进行数据和指令 的交互，并将卫星本体的指令输出给遥控运动小车16,遥控运动小车16根据接收到的指令 在支撑臂3上运动，以调整太阳帆航天器的质心位置。能够遥控运动的遥控运动小车16采 取套装在支撑臂上的形式，确保运动的稳定和可靠。如图4所示，滚转轴稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用太阳光压力驱动的深空太阳帆航天器，其特征在于：包括支撑架(1)、四根支撑臂(3)、四块等腰直角三角形帆面(4)、第一太阳能电池片(5)、刻蚀天线(6)、两个滑块(9)以及四个滚转轴稳定机构(10)；四根支撑臂(3)围绕支撑架(1)的中心支撑柱均匀布置，每根支撑臂(3)的一端固定于支撑架(1)的中心支撑柱上，另一端安装有滚转轴稳定机构(10)；两个滑块(9)分别安装在两个相邻的支撑臂上；滑块(9)包括第二太阳能电池片(14)、第一无线通信模块(15)和遥控运动小车(16)，第二太阳能电池片(14)和第一无线通信模块(15)均位于遥控运动小车(16)上，遥控运动小车(16)套在支撑臂(3)上；第二太阳能电池片(14)为遥控运动小车(16)供电，第一无线通信模块(15)与卫星本体进行数据和指令的交互，并将卫星本体的指令输出给遥控运动小车(16)，遥控运动小车(16)根据接收到的指令在支撑臂(3)上运动，以调整太阳帆航天器的质心位置；滚转轴稳定机构(10)包括拉杆(17)、第三太阳能电池片(18)、第二无线通信模块(19)、转动机构(20)、支撑架(21)以及套筒(22)，支撑架(21)为中空结构，第三太阳能电池片(18)和第二无线通信模块(19)安装在支撑架(21)的向阳面，转动机构(20)安装在支撑架(21)内部，转动机构(20)的转动轴与拉杆(17)的中心连接，支撑架(21)安装在套筒(22)上，套筒(22)胶粘在支撑臂(3)的顶端；第三太阳能电池片(18)为转动机构(20)供电，第二无线通信模块(19)与卫星本体进行数据和指令的交互，并将卫星本体的指令输出给转动结构(20)，转动结构(20)能够根据接收到的指令为太阳帆航天器提供正方向或反方向的转动力矩；每个等腰直角三角形帆面(4)的直角顶点连接在支撑架(1)的中心支撑柱上，另两个顶点分别连接在相邻的滚转轴稳定机构(10)的拉杆(17)上；每个等腰直角三角形帆面(4)均由基底(12)和镀层(13)组成，基底(12)上安装有第一太阳能电池片(5)，镀层(13)上刻蚀有刻蚀天线(6)；第一太阳能电池片(5)在四个等腰直角三角形帆面(4)组成的方形帆面上对称分布；所述卫星本体是指深空太阳帆航天器上电子元器件构成的各种单元的总和，卫星本体位于支撑架(1)上。...
【技术特征摘要】
1. 一种利用太阳光压力驱动的深空太阳帆航天器，其特征在于：包括支撑架（1)、四根 支撑臂（3)、四块等腰直角三角形帆面（4)、第一太阳能电池片（5)、刻蚀天线￠)、两个滑块 (9)以及四个滚转轴稳定机构（10); 四根支撑臂（3)围绕支撑架（1)的中心支撑柱均匀布置，每根支撑臂（3)的一端固定 于支撑架（1)的中心支撑柱上，另一端安装有滚转轴稳定机构（10); 两个滑块（9)分别安装在两个相邻的支撑臂上；滑块（9)包括第二太阳能电池片 (14)、第一无线通信模块（15)和遥控运动小车（16)，第二太阳能电池片（14)和第一无线通 信模块（15)均位于遥控运动小车（16)上，遥控运动小车（16)套在支撑臂（3)上；第二太 阳能电池片（14)为遥控运动小车（16)供电，第一无线通信模块（15)与卫星本体进行数据 和指令的交互，并将卫星本体的指令输出给遥控运动小车（16)，遥控运动小车（16)根据接 收到的指令在支撑臂（3)上运动，以调整太阳帆航天器的质心位置； 滚转轴稳定机构（10)包括拉杆（17)、第三太阳能电池片（18)、第二无线通信模块 (19)、转动机构（20)、支撑架（21)以及套筒（22)，支撑架（21)为中空结构，第三太阳能电 池片（18)和第二无线通信模块（19)安装在支撑架（21)的向阳面，转动机构（20)安装在 支撑架（21)内部，转动机构（20)的转动轴与拉杆（17)的中心连接，支撑架（21)安装在套 筒（22)上，套筒（22)胶粘在支撑臂（3)的顶端；第三太阳能电池片（18)为转动机构（20) 供电，第二无线通信模块（19)与卫星本体进行数据和指令的交互，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇飞，成正爱，黄小琦，刘海涛，贾海鹏，侯欣宾，王立，杨辰，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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