天帆一號(hào)太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)開展順利

近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所研制的“天帆一號(hào)”（SIASAIL-I）太陽帆，搭載長(zhǎng)沙天儀研究院瀟湘一號(hào) 07 衛(wèi)星，在軌成功驗(yàn)證了多項(xiàng)太陽帆關(guān)鍵技術(shù)。瀟湘一號(hào) 07 衛(wèi)星于 8 月 31 日在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，“天帆一號(hào)”作為該衛(wèi)星的主任務(wù)，近期順利開展了系列關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)，將為后續(xù)大型太陽帆研發(fā)提供技術(shù)支持。

天帆一號(hào)在軌飛行效果圖

太陽帆是利用太陽在薄膜上的反射光壓提供動(dòng)力的航天器，在航行過程中不需消耗額外化學(xué)燃料和工作介質(zhì)，具有質(zhì)量小、收展比大、成本低、功耗低、航程長(zhǎng)的特點(diǎn)。太陽帆技術(shù)難度大、涉及的學(xué)科門類多。國(guó)際上，日、美、英等國(guó)家相繼成功在軌開展了太陽帆的技術(shù)和應(yīng)用研究；國(guó)內(nèi)，有多家單位也開展了太陽帆相關(guān)研究工作，沈陽自動(dòng)化所首次在軌成功進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)。

在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家“萬人計(jì)劃”、中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目資助下，沈陽自動(dòng)化所從 2011 年開始，便開展了空間柔性展開機(jī)構(gòu)的相關(guān)研發(fā)工作，“天帆一號(hào)”是其中第一款飛行產(chǎn)品?！疤旆惶?hào)”太陽帆將柔性膜折疊存儲(chǔ)在展開機(jī)構(gòu)內(nèi)部，發(fā)射前大小不到 0.5U，在瀟湘一號(hào) 07 星衛(wèi)星平臺(tái)正常入軌之后，通過兩級(jí)組合展開的方式開展技術(shù)驗(yàn)證。一級(jí)展開釋放采用了熱切割和被動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)，通過儲(chǔ)能裝置將太陽帆帆體從衛(wèi)星平臺(tái)中推出并翻轉(zhuǎn) 90 度；二級(jí)展開機(jī)構(gòu)采用主動(dòng)驅(qū)動(dòng)伸出四根雙穩(wěn)態(tài)帆桁，逐漸展開聚酰亞胺帆膜形成光帆，帆膜展開尺寸約為 0.6 平方米。

天帆一號(hào)兩級(jí)展開過程示意圖

“天帆一號(hào)”在軌試驗(yàn)由沈陽自動(dòng)化所和天儀研究院聯(lián)合完成。沈陽自動(dòng)化所研究員劉金國(guó)被天儀研究院聘為該衛(wèi)星的總設(shè)計(jì)師，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展太陽帆的總體設(shè)計(jì)、技術(shù)驗(yàn)證和環(huán)境試驗(yàn)工作；天儀研究院為天帆一號(hào)提供衛(wèi)星平臺(tái)、搭載發(fā)射和測(cè)控通訊等相關(guān)保障。

從當(dāng)前在軌返回的數(shù)據(jù)和圖片表明，“天帆一號(hào)”太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)進(jìn)展順利，在軌驗(yàn)證了微小衛(wèi)星兩級(jí)主被動(dòng)展開系統(tǒng)、多帆桁同步展開機(jī)構(gòu)、可展開雙穩(wěn)態(tài)桿技術(shù)、柔性帆膜材料、帆膜折疊展開技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，標(biāo)志著太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證任務(wù)取得圓滿成功。展開機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究成果將于 2019 年 55 卷 21 期《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》以封面論文形式發(fā)表。

此外，在本次任務(wù)中，“天帆一號(hào)”還將開展機(jī)構(gòu)壽命、材料特性和軌道高度等研究，驗(yàn)證其離軌能力并探究其在空間碎片減緩中的潛在應(yīng)用。

天帆一號(hào)在軌展開過程中的部分照片

太陽帆被廣大學(xué)者和專家認(rèn)為是目前極具可能到達(dá)太陽系外的航天器，在小行星探測(cè)、地磁暴監(jiān)測(cè)、太陽極地探測(cè)及空間碎片清除等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。大型太陽帆被認(rèn)為是未來行星間航行的關(guān)鍵手段，在空間科學(xué)探測(cè)中將發(fā)揮重要作用。在此次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，沈陽自動(dòng)化所將進(jìn)一步開展相關(guān)工作，并加強(qiáng)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位合作，推進(jìn)該方向的發(fā)展，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)首個(gè)基于太陽帆的空間科學(xué)探測(cè)任務(wù)。