[發明專利]一種基于電活性聚合物的芯片衛星及其姿態控制方法

有效

• 申請號: 201710475577.1
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107264838B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 袁建平;喬橋;袁源;朱戰霞;孫沖;趙迪
• 申請（專利權）人: 西北工業大學深圳研究院;西北工業大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種基于電活性聚合物的芯片衛星及其姿態控制方法，本發明依據角動量守恒原理，通過芯片衛星中心平臺四周設置的電活性聚合物的變形改變系統整體的質量分布，從而實現芯片衛星的姿態機動，因此本發明提出的芯片衛星姿態控制方法擺脫了傳統芯片衛星姿態控制方法對磁場和電離層的依賴，在空間任意位置都可實現芯片衛星的姿態機動，極大地擴大了芯片衛星的應用范圍；在芯片衛星姿態機動過程結束后，仍使芯片衛星系統保持姿態機動前的平面狀態，在這種平面狀態下，由電活性聚合物驅動器構成的觸角結構處于無需通電的狀態，從而使芯片星系統在姿態機動后無需消耗任何能量即可維持所實現的姿態機動。

技術領域

本發明屬于航天領域，具體涉及一種基于電活性聚合物的芯片衛星及其姿態控制方法。

背景技術

隨著微米、納米技術的發展，納衛星和皮衛星等微小衛星逐漸成為空間系統的重要組成部分，開始由科學探索與技術試驗階段向商業運營階段過渡。與此同時，由美歐提出的芯片衛星概念由于其低廉的成本、快速的研制以及便捷的發射等優勢自一提出就廣受關注。這種芯片衛星通過集成微機電系統(MEMS)、微光機電系統(MOEMS)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)等單元來實現。因此其體積極小、質量極輕、功能密度高，可以利用商用流水線批量化生產，易于大規模制造且成本低廉。對于一些科學探測任務，如驗證太空碎片的行為模型、繪制地球磁場高空間分辨率圖像等，這些芯片衛星具有極大的潛力。

由于質量、體積和功耗的嚴格限制，提出有效的姿態控制方法成為芯片衛星在空間廣泛應用的一大挑戰。傳統基于推進劑的姿態控制方法無法用于芯片衛星，不僅如此，諸如動量輪和控制力矩陀螺這一類應用于大型航天器的傳統姿態控制機構對于芯片衛星來說也已不再適用。然而，地球周圍的磁場和電離層為芯片衛星的姿態控制提供了新的思路。利用地球磁場的磁力矩器和洛倫茲力以及利用電離層的電動力繩系統可以實現芯片衛星的姿態控制。然而，以上這些方法僅僅對于擁有磁場或電離層的天體適用，對于不存在磁場或電離層的空間，芯片衛星則無法實現姿態機動，從而極大地限制了芯片衛星的應用范圍。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種基于電活性聚合物的芯片衛星及其姿態控制方法，從而擴大芯片衛星在空間中的應用范圍。

為了達到上述目的，一種基于電活性聚合物的芯片衛星，包括芯片衛星中心平臺，衛星中心平臺的四周分別設置有左側電活性聚合物觸角、右側電活性聚合物觸角、上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角，左側電活性聚合物觸角、右側電活性聚合物觸角、上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角均能夠向兩側彎曲。

一種基于電活性聚合物的芯片衛星的姿態控制方法，包括以下步驟：

步驟一，使分布在芯片衛星中心平臺上的左側電活性聚合物觸角和右側電活性聚合物觸角彎曲；

步驟二，使分布在芯片衛星中心平臺上的上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角彎曲；

步驟三，使芯片衛星中心平臺上的左側電活性聚合物觸角和右側電活性聚合物觸角恢復到初始狀態；

步驟四，使芯片衛星的上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角在不改變芯片衛星姿態的情況下恢復到初始狀態；

依次完成步驟一、步驟二、步驟三和步驟四，且步驟一中左側電活性聚合物觸角和右側電活性聚合物觸角向同一方向彎曲，步驟二中上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角向芯片衛星的同側彎曲時，芯片衛星沿x軸轉動；

依次完成步驟二、步驟一、步驟三和步驟四，且步驟一中左側電活性聚合物觸角和右側電活性聚合物觸角向芯片衛星的同側彎曲，步驟二中上部電活性聚合物觸角和下部電活性聚合物觸角向同一方向彎曲時，芯片衛星沿y軸轉動；

依次完成x軸轉動和y軸轉動時，芯片衛星沿z軸轉動。