[发明专利]一种面向空间材料实验的可展开立方星

说明书

本发明涉及一种面向空间材料实验的可展开立方星，包括支撑架、支撑杆、差速旋转驱动机构、光学成像机构以及多层样品托盘层；支撑架上连接有样品托盘支撑台，样品托盘支撑台包括多个阶梯状布置且由内至外高度逐层降低的环形台阶，每个环形台阶上布置有一层样品托盘层，每层样品托盘层包括多个样品托盘，样品托盘一端铰接在对应的环形台阶上；支撑杆一端与差速旋转驱动机构连接，光学成像机构安装在支撑杆上，各样品托盘层的多个样品托盘通过锁紧释放机构向支撑杆四周展开；差速旋转驱动机构与样品托盘支撑台的多个环形台阶连接，并驱动各个环形台阶分别带动其上的样品托盘绕支撑杆转动。本发明立方星平台体积小、结构简单、成本低、开发周期短。

技术领域

本发明涉及空间材料实验以及微型卫星相关技术领域，具体涉及一种用于空间材料实验的可展开立方星。

背景技术

航天飞行器在运行过程中，可能受到空间环境的影响，例如极端温度、原子氧、高能粒子和微陨石等，这些空间环境可能致使飞行器的材料、结构和功能部件失效，从而可能导致飞行器产生故障。因此，了解材料在空间中的性能、稳定性和长期的行为变化具有重要意义。地球上的实验室一次只能模拟有限个空间环境，且地面材料暴露实验的实验室条件有限。为了深入了解材料在太空环境中的行为，需进行各种太空材料实验。太空材料实验的样品包括聚合物、涂层、陶瓷、合金和复合材料等，此外，还有生物材料如种子、孢子和各种类型的细菌。空间材料暴露实验是空间科学实验和空间探索的重要组成部分。了解空间环境对材料和生物的影响，不仅可以为我国航天器设计工程的材料选择提供技术指标，而且可以为材料的开发和改进提供指导。除此之外，太空材料实验结果还可作为地面材料暴露实验的比较或验证。

目前，空间材料暴露实验主要通过可回收卫星、载人航天飞机和空间暴露平台进行。然而，可回收卫星需要考虑在返回途中可能对其实验材料造成损坏，航天飞机需要考虑自身振动对材料的影响。上述这些实验方法的成本较高。NASA在国际空间站上开展一系列材料暴露实验研究“国际空间站材料实验(Materials International Space StationExperiment, MISSE)。MISSE是目前为止开展的规模最大的材料使役行为研究。该实验材料种类涉及润滑材料、太阳能材料、光学材料、光学镀膜材料、可膨胀材料、热控材料、复合材料等。开展MISSE系列实验的总目标是通过将材料暴露于空间环境中，检验材料的空间稳定性、耐受性以及设备运转的情况，并获得有价值的材料空间使役行为信息。该空间展开平台多为公文包形状的样品支撑架，该装置在暴露实验前后，需要安装及拆卸时的特定操作，比如使用机械臂安装，或需要宇航员进行舱外活动将样品支撑架安装在空间站外部。这样操作不便且成本较高。

立方星(CubeSat )是一种按照特殊设计标准研制的低成本模块化卫星，是符合特定标准、大小和重量的一种小型卫星，其标准单元尺寸(单位为“ U ”)为10cm x 10cm x10cm的立方体。立方星最大的优势在于低成本和模块化开发生产。立方星具有的特定标准使其设计时可以使用大批量生产的组件作为其电子设备和结构，因此立方星的工程和开发成本比高度定制的小型卫星更低。同时，标准化的形状和尺寸也降低了立方星的发射成本。

目前，立方星已用于教学、科研新技术验证、通信与遥感、空间在轨服务、高破坏性星团分布式空间组网等多种方面。NASA艾姆斯研究中心已成功将立方星携带的生物实验样本3次用于空间生命科学实验，分别是GeneSat-1、PharmaSat和O/OREOS。国内外许多高校和科研机构已经成功的对立方星进行了在轨验证，如代尔夫特理工的DELFI-C3、东京工业大学开发的CUTE系列、美国斯坦福大学和加拿大Canx开发的QUAKESAT-1、中国上海微小卫星工程中心研制的“上科大二号STU-2 ”等。

考虑到材料暴露实验的重要科研意义，结合立方星的成本等优势，提出一种面向空间材料实验的可展开立方星结构的总体设计，为空间材料实验提供一种可行的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于空间材料实验的可展开立方星。