[发明专利]一种微纳卫星制动帆离轨装置

说明书

技术领域

本发明属于航天器离轨领域，具体涉及一种微纳卫星制动帆离轨装置。

背景技术

自从人类发射第一颗人造地球卫星至今，空间技术取得巨大成就和飞速发展，但与此同时也造成了近地空间范围内长期存留大量的空间碎片，并且这些数量日益增加的空间碎片已经影响到人类的正常空间活动。迄今为止人类共进行了5000余次航天器发射活动，共发生200多次在轨航天器或火箭载体爆炸/撞击事件，同时也产生了大量的空间碎片。最明显的例子是2009年发生的前苏联废弃卫星Kosmos-2251与美国卫星Iridium-33的太空碰撞事件。

空间碎片的存在严重威胁着在轨航天器的安全，制约了人类空间技术的发展。如何减缓空间碎片的增长已经成为国内外亟需解决的问题。就目前的技术条件而言，减少空间碎片数量的唯一有效的方法是使其再入地球稠密大气层烧毁即离轨技术。机构间空间碎片协调委员会（IADC）也指出卫星如果不能变轨到墓地轨道，就应在完成其任务后25年内或发射后30年内能自行离轨，进入稠密大气烧毁。因此，研究航天器离轨技术具有非常重要的意义。

随着高新技术的发展和需求，微纳卫星以其体积小、功耗低、开发周期短，可编队组网，以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势，越来越受到国内外相关机构和高校的重视。随着微纳卫星发射数量的增多，对空间环境的影响也越来越显著，如果没有一个可靠的离轨技术，未来微纳卫星的发射将会受到一定的制约。近年来国外许多高校及研究所都积极投身于微纳卫星离轨技术的研究，典型的几种离轨方式包括充气球、电动力系绳以及制动帆等。

制动帆离轨技术是在卫星上通过支架伸展薄膜形成各种形状的帆，从而增加卫星运动方向的法向截面积，提高卫星在轨飞行过程中所受到的大气阻力，迫使卫星提早的离轨进入稠密大气烧毁。可根据卫星不同质量研制大小不同的制动帆，一般帆面积为几平方米到几十平方米。这种装置质量轻、结构简单、成本低，特别适用于快速响应、任务周期短的低轨道微纳卫星。

Patrick公开报道了一种适用于低轨道立方体卫星的制动帆装置AEOLDOS (Advances in Space Research 54(2014) 82–91)，该装置依赖系统自身所储存的机械能驱动中间转轴转动，从而将制动帆展开。由于该装置所设计的制动帆面积较小，因而可以通过一个转轴将四根桅杆展开，4个帆存储室分别设置在四根桅杆之间。系统结构简单、体积小、质量轻，适用于低轨道立方体卫星的离轨。然而随着立方体卫星轨道高度不断提高，星体质量不断增大，该装置的应用存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳卫星制动帆离轨装置，可以使轨道高度为800km、质量70kg的微纳卫星在25年内离轨，解决了微纳卫星在完成任务后无法在规定时间内离轨从而成为空间碎片影响其他卫星的正常运转的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微纳卫星制动帆离轨装置，其大小占用的空间，包括自上向下依次设置的帆存储装置、帆展开装置和解锁装置。

所述帆存储装置包括帆存储室、薄膜帆和支耳，帆存储室为长方体结构，在四个侧面分别开四个梯形槽用于存储薄膜帆，同时每个槽底部均设有两个通孔，将薄膜帆的一个角固定在所述通孔中；帆存储室的四个侧壁底部均设有向下的支耳，用于与帆展开装置的侧面固连。

所述帆展开装置是中心对称结构，包括上端盖、下端盖、瓣状中心轴、两个法兰盘、两个带状弹性桅杆、四个支撑棱柱、四对导向套筒、四个压紧机构和四个弹簧片。

四对导向套筒设置在下端盖的四个角上，四个支撑棱柱对称分布在下端盖的四条侧边上，两端分别与上端盖和下端盖固连，且紧邻导向套筒，支撑上端盖和下端盖，上端盖底部中心设有一个法兰盘；下端盖顶部中心设有另一个法兰盘；瓣状中心轴设置在法兰盘中心，两端分别与两个法兰盘连接；压紧机构设置在相邻的两对导向套筒之间，分别与上端盖和下端盖铰接；弹簧片一端固定在支撑棱柱上，另一端固定在压紧机构上；两个带状弹性桅杆缠绕在瓣状中心轴上。

所述下端盖中心依次设有轴承槽、法兰盘中心轴通孔和法兰盘面槽；轴承槽用以装配滚动轴承使上下端盖分别与法兰盘相连，法兰盘中心轴通孔用以使法兰盘穿过，法兰盘面槽用以装配法兰盘，上端盖和下端盖结构相同。