[发明专利]一种离轨帆展开方法及其装置

说明书

本发明涉及一种离轨帆展开方法及其装置，包括非折叠帆和折叠帆，非折叠帆与折叠帆可转动连接以形成驱使星体离轨的离轨帆；折叠帆包括能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑帆体的至少一个第一骨架，在折叠帆相对非折叠帆的第一侧边转动至折叠帆与非折叠帆的第一夹角为第一临界值的情况下，至少一个第一骨架中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕折叠帆转动，并且折叠帆相对非折叠帆的第一侧边继续转动，从而第一夹角继续增大至能够使得折叠帆与非折叠帆形成离轨帆的第二临界值。在发射前，折叠帆就能够折叠好，以尽量减小体积；离轨帆展开状态下有足够大的面质比。

技术领域

本发明涉及航天器离轨技术领域，尤其涉及一种离轨帆展开方法及其装置。

背景技术

离轨帆是一种被动离轨装置，其目的是为了避免立方星失效后成为长期滞留太空的太空垃圾，在立方星寿命末期采用低成本制动帆装置使其快速脱离轨道。离轨帆在设计时除了满足一般的机械构件设计原则和技术指标外，还需要满足以下原则：

(1)轻量化：离轨帆展开后，质量分布发生改变，更多的质量远离惯性主轴，会对姿控部件能力提出更高的要求。而且卫星质量与发射成本也关系密切，因此在保证离轨帆刚度的前提下应尽量减轻质量，实现轻量化设计。

(2)适应太空环境：太空环境的特点是高真空、温度交变、电子福射、紫外辐射、微重力、空间碎片、低轨道原子氧等复杂工况，因此对设计提出了特殊要求。例如：暴露在空间环境中的结构和机构表面材料不会发生性能退化；活动部件应防止真空冷焊现象发生；结构和机构应防止因温度交变而导致过大的变形等。

(3)高度可靠性：卫星发射后出现故障难以修复、不可维护的特点要求离轨帆机构具有很高的可靠性。

例如，公开号为CN105799956A的中国专利公开的一种立方体卫星自动帆离轨装置。其由两个完全相同的立方体卫星自动离轨子装置构成，立方体卫星自动帆离轨子装置包括离轨装置和设置在离轨装置顶部的分隔板。离轨装置为中心对称结构，包括主框架、上端盖、帆存储室导轨、霍尔传感器、底板和两个展开机构，主框架为Z字形，以主框架的中心为对称中心，将主框架分为两个相同的分室，两个展开机构分别设置在两个分室内。该发明主要利用带状弹簧栀杆将四个薄膜帆沿四个方向分别展开增大卫星运动的法相截面积进而成功解决立方体卫星在完成任务后长时间停留在原有轨道并成为空间碎片的技术问题。

例如，公开号为CN207292479U的中国专利公开的一种立方体卫星自动帆离轨装置。其包括锁紧装置、存储机构、安装面板、锥形弹簧、展开机构和薄膜帆，锁紧装置固定在安装面板的顶面，存储机构固定在安装面板的底面，锥形弹簧、展开机构和薄膜帆均设置在存储机构内，锥形弹簧直径大的一端与安装面板固连，直径小的一端与展开机构固连，薄膜帆系在展开机构上，通过顶部安装在面板将其固定在卫星底部，从而不占用星内空间。在收到底面指令后，锁紧装置释放展开机构内的中心轴，缠绕于中心轴的带状弹性栀杆通过释放自身存储的弹性势能带动固定在栀杆上的薄膜帆展开。该实用新型利用展开薄膜帆来增大立方星飞行方向上的截面积，提高立方星所受到的大气阻力，从而加速立方星快速脱离轨道。

曾玉堂在其硕士论文《立体体卫星自动帆离轨装置的设计与研究》中涉及了一种离轨装置，由制动帆舱、栀杆展开机构和轴锁紧机构组成。该栀杆展开机构依靠弹性栀杆自身存储的弹性应变能提供驱动力展开栀杆，轴锁紧机构通过抑制栀杆展开机构内的中心轴旋转，从而起到离轨装置开关的作用。

基于现有技术的解读，现有技术中的离轨装置至少具有如下的缺陷：其会部分或全部的设置于星体内部，造成星体内部的复杂化。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容