[发明专利]一体化薄膜太阳能电池太阳帆

说明书

技术领域

本发明属于卫星应用领域，是一种多功能的一体化薄膜太阳能电池太阳帆，其涉及卫星太阳能薄膜电池，涉及卫星太阳帆，涉及卫星被动姿态稳定控制。

现有技术

现有的太阳帆技术主要集中在宇宙推进方面的应用，美国和俄罗斯合作研发的“宇宙-1号”太阳帆试验航天器通过太阳光的作用来改变飞行器的轨道和速度，并控制其运动。该太阳帆主体由8片14m长的三角形聚脂薄膜构成。一旦抵达轨道，航天器就会吹胀帆桅，并将太阳帆伸展开来。帆体像花瓣般撑开后，面积达600多平方米，阳光随即供给光帆动力，将“宇宙-1号”由原来的800km的高度推升到更高的轨道上。

在NASA的戈达德空间飞行中心(GSFC)、喷气推进实验室(JPL)、兰利研究中心(LaRC)、马歇尔空间飞行中心(MSFC)和NASA先进概念研究所均有太阳帆项目,其中LaRC采用了四根支撑、正方形的帆体设计，而JPL则进行了环形帆和旋转型帆的设计研究，环形帆用轻巧的结构把一个置于小型容器中的折叠好的巨大帆体从压缩状态展开并去掉了褶皱,帆体结构固定在大量由很轻的管构成的环上,以保持帆膜的张力。

目前还没有通过太阳帆实现卫星的光压稳定方面的文献记载，只有美国康奈尔大学研究的一种通过光压实现稳定的芯片卫星，将三片芯片卫星组合，并在卫星边角处安装高反射系数的装置利用光压使卫星维持姿态稳定。

喇叭天线是卫星中较常见的一种天线方式，其技术成熟，但没有关于太阳帆和喇叭天线的一体化集成设计方面的文献记载。

目前的微小卫星太阳能电池主要采用太阳能电池板，在太空中通过太阳能板展开机构将太阳能板展开或直接将太阳能板贴在卫星表面给卫星供电。在卫星太阳帆设计方面一般采用单一功能的太阳帆板，利用空间辐射进行卫星的星际航行，太阳帆采用薄金属材料或者复合材料的聚酯纤维制成，太阳帆系统与其他分系统分开设计。对于卫星被动姿态稳定控制的设计一般采用两种方式，一是通过卫星体围绕一个指向固定方向的轴转动而保持稳定的自旋稳定方式，另一种就是利用卫星绕地球飞行时卫星上离地面距离不同的部位受到的引力不同而产生的力矩来稳定，也叫重力梯度稳定。

由于太阳能板重量和厚度都较大，而微小卫星的重量和搭载空间都非常有限，所以太阳能板的受光面积受到约束，供电能力较差。同时受天线和蓄电池供电能力的限制，卫星的通讯能力较差，需要通过中继卫星实现微小卫星与地面的信号传递。

对于微小卫星的被动姿态稳定控制，虽然有人提出采用空间辐射光压来进行控制，但是由于受到卫星系统受辐射面积较小的影响，无法进行光压被动姿态稳定控制的设计。而自旋稳定控制和重力梯度稳定姿态的控制，对卫星有方向和结构的要求，使得卫星结构设计难度较大。

卫星在向小型化发展的过程中遇到的主要问题有：1.体积小，导致传统的卫星太阳能电池板的受光照面积小，卫星产生的电能也较小，如果采取大的展开机构又会严重影响质量和可靠性。2.在采取了太阳帆的卫星上，太阳帆设计成独立的系统，不仅增加了整体卫星的设计维度也带来了机构复杂和质量较大等问题。3.卫星的稳定控制如果采取主动控制方式，既增大了卫星对电能的要求，也浪费了卫星宝贵的搭载空间；如果采取被动姿态控制，那么传统的自旋稳定方式和重力梯度方式会对卫星的方向和结构设计要求比较大，在微小卫星上难以实现。

发明内容

本发明的目的是：充分利用现有的技术，通过一体化设计，将卫星的太阳能电池、太阳帆和被动姿态稳定控制方式进行集成得到一个通用化的平台，将对微小卫星未来发展起到关键作用。

本发明的技术方案是：一体化薄膜太阳能电池太阳帆，通过一体化技术对薄膜太阳能电池、被动控制系统和卫星天线增益系统进行集成，所述太阳帆包括太阳能薄膜电池、光压稳定涂层和电磁信号增益涂层；所述太阳帆帆体有上下两个面，所述太阳能薄膜电池通过粘贴的方式固定在太阳帆基底的上表面的内圈，所述光压稳定涂层通过涂抹方式安装在太阳帆上表面的外圈，所述电磁增益涂层通过涂抹方式固定在太阳帆的下表面。

本发明的进一步技术方案是：太阳能薄膜电池采用柔性太阳能薄膜电池，以太阳帆基底作为基板对薄膜太阳电池能进行集成，作为光电转换装置。

本发明的进一步技术方案是：光压稳定涂层是一种涂抹在太阳帆外圈从而形成一种对光压敏感的涂层，涂层材料一般为银（反射系数0.9）、铝合金（反射系数0.85）等反射系数在0.8以上的高反射系数材料。

本发明的进一步技术方案是：电磁信号增益涂层为一种回波材料，在太阳帆下表面涂抹，增强传输和接收的信号。