[发明专利]一种星载充气可展开式薄膜太阳能聚束器

说明书

本发明公开了一种星载充气可展开式薄膜太阳能聚束器，包括充气薄膜太阳能聚束器、试验罐、充气控制系统和锁紧释放系统等。充气薄膜太阳能聚束器包括圆柱状气囊、旋转抛物面薄膜等。锁紧释放系统将充气薄膜太阳能聚束器从卫星平台的储存空腔内释放出来。充气控制系统用于分别给充气薄膜太阳能聚束器的两个气腔充气以精确控制气囊的展开过程。试验罐位于充气薄膜太阳能聚束器的焦点及附近位置。该可展开式太阳能聚束器系统刚度大、质量轻、造价低、可回收利用、可靠性好，可以大幅提高太阳直射辐射能流密度，有望搭载在卫星和小型航天器上用于太阳能热推进器。

技术领域

本发明涉及空间能源和推进技术，尤其涉及一种星载充气可展开式薄膜太阳能聚束器。

背景技术

可展开式太阳能聚束器是一类新型的空间能源和推进技术，其主要功能可以分为两个方向：

1)将大面积上接受的太阳直射辐照能(平行光)进行聚集，产生高密度的辐射能(具有一定立体角的光锥)，以增大能流密度、提高可利用性。例如，通常地球近地轨道的太阳能流密度为1350W/m²，地面一般小于1000W/m²，能流很低，做功能力差，实用性不强；如聚集1000倍后能流密度可达1MW/m²以上，做功能力将大幅提高，而且可展开式太阳能聚束器具有刚度大、质量轻、可靠性好等优点；

2)可展开式太阳能聚束器可以搭载到卫星和小型航天器上，可以用于太阳能热推进器，即直接利用汇聚的太阳能引发并驱动航天器的设备，不需要像传统的航天器那样携带足够多的燃料。它可满足太空多次重复使用及星际飞行的需要，适用于航天器在空间中完成改变轨道和调整姿态等任务和动作。而且可展开式太阳能聚束器造价低，可以重复使用，是一项重要的空间能源技术。

在各种聚光器中，旋转抛物面型聚光器具有聚光比大、最高运行温度高的优点和最好的聚光性能，理想的抛物面型聚光器聚光比最高，理想情况下直径为10m的抛物面型的聚束器，汇聚后的光斑直径可以达到1mm。空间作业时，航天器可能会需要高温热源做功，鉴于优良的旋转抛物面型聚光器聚光能力，是目前国际上非常实用的太阳能热推进聚光器。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种星载充气可展开式薄膜太阳能聚束器，具有聚光比大、最高运行温度高的优点。

本发明采用的技术方案如下：一种星载充气可展开式薄膜太阳能聚束器，包括充气薄膜太阳能聚束器、试验罐、卫星平台、充气控制系统和锁紧释放系统；所述试验罐置于卫星平台上；所述充气控制系统与充气薄膜太阳能聚束器连接；所述锁紧释放系统与充气薄膜太阳能聚束器连接；所述充气薄膜太阳能聚束器、充气控制系统和锁紧释放系统置于卫星平台的储存空腔内；所述锁紧释放系统包括顶板、两根折叠杆、约束包带和热刀装置；所述顶板与两根折叠杆连接；所述热刀装置与约束包带连接，所述约束包带包裹两根折叠杆；所述太阳能聚束器包括圆柱状气囊和旋转抛物面薄膜，所述旋转抛物面薄膜将圆柱状气囊分隔为左侧气腔和右侧气腔；所述旋转抛物面薄膜的形状为离轴旋转抛物面，由圆柱面裁切原始旋转抛物面获得，具有一定的光轴偏距；所述旋转抛物面薄膜由多片层合薄膜拼接而成，其边缘固定在圆柱状气囊的内壁；所述圆柱状气囊的底面与锁紧释放系统的顶板连接；所述充气控制系统包括气源、比例阀、充气气路；所述气源经过比例阀通过充气气路与充气薄膜太阳能聚束器连接。

进一步地，所述旋转抛物面薄膜优选柔性层合薄膜，所述柔性层合薄膜以聚酰亚胺为基底材料，以铝膜为反射材料镀于聚酰亚胺上，在铝膜上表面还镀有增反膜。

进一步地，所述圆柱状气囊为透光的薄膜，其两个气腔的设计气压不同，左侧气腔的气压大于右侧气腔的气压，使得离轴旋转抛物面薄膜形成正高斯曲率的曲面。