[發明專利]一種基于分布式構型的太陽帆

在審

• 申請號: 202210883291.8
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115180178A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 徐明;陳琳;左小玉;丁紀昕;白雪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于分布式構型的太陽帆，包括：航天器核心、太陽帆框架、若干個太陽帆葉片和若干個仿繼電器離散式控制器，其中，太陽帆框架為方形框；若干個太陽帆葉片分布設置于太陽帆框架內，以產生太陽帆對應的動力和控制力矩；若干個仿繼電器離散式控制器設置于太陽帆框架內，且與所述太陽帆葉片相連，以對所述太陽帆葉片的扭轉狀態進行切換；所述航天器核心設置于所述太陽帆框架的中間位置，且與所述太陽帆框架固定連接，以搭載有效載荷，并預留控制所述太陽帆葉片的電路。本發明通過自身的大量分布式太陽帆葉片實現對機械故障、微流星碰撞等事故導致任務失敗的風險的降低，同時，有利于太陽帆進行深空探測任務，延長了太陽帆的工作壽命。

技術領域

本發明涉及航空技術領域，特別是一種基于分布式構型的太陽帆。

背景技術

太陽帆是一種利用太陽光子沖擊太陽帆面后獲得動力的新型航天器。盡管太陽光產生的沖擊力很小，這種連續推力在真空的太空環境下將使太陽帆獲得的動量值持續增加。借助太陽光壓力，太陽帆可完成常規情況下因需要極大推進劑消耗而不能完成的各類深空飛行任務。

由于工作周期長，太陽帆在運行過程中不可避免地需要面對機械故障、微流星碰撞等原因引起的系統性能衰退，并進而引發任務失敗的可能性。對于機械故障與微流星碰撞問題，多數太陽帆依賴于采用分布式構型來削減危險，如NASA的NanoSail-D，但目前的分布式構型的帆面數量往往在4-8片之間，難以規避系統失靈風險。此外，考慮到燃料消耗，太陽帆需要無工質的三軸姿態控制策略。目前的方案多為采用偏置重心與壓心的滑塊與RSB的組合方案或利用電機旋轉太陽帆葉片的方案，需要額外攜帶大質量的控制器。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于分布式構型的太陽帆。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種基于分布式構型的太陽帆，所述太陽帆包括：航天器核心、太陽帆框架、若干個太陽帆葉片和若干個仿繼電器離散式控制器，其中，

所述太陽帆框架為方形框；

若干個所述太陽帆葉片分布設置于所述太陽帆框架內，以產生所述太陽帆對應的動力和控制力矩；

若干個所述仿繼電器離散式控制器設置于太陽帆框架內，且與所述太陽帆葉片相連，以對所述太陽帆葉片的扭轉狀態進行切換；

所述航天器核心設置于所述太陽帆框架的中間位置，且與所述太陽帆框架固定連接，以搭載有效載荷，并預留控制所述太陽帆葉片的電路。

可選地，所述仿繼電器離散式控制器為繼電器結構的離散式控制器，且所述仿繼電器離散式控制器的質量低于所述太陽帆的總質量的15％。

可選地，所述仿繼電器離散式控制器包括：4個狀態控制線圈、1個狀態控制永磁體、1個自鎖彈簧、1個自鎖永磁體、1個自鎖線圈、1個自鎖棱錐和控制器殼體，其中，

所述自鎖彈簧的底端固接于所述自鎖永磁體的一端，所述自鎖線圈設置于所述自鎖永磁體的外周側；

所述自鎖彈簧的頂端與所述狀態控制永磁體固接，兩個所述狀態控制線圈位于所述狀態控制永磁體的一側，另外兩個所述狀態控制線圈位于所述狀態控制永磁體的另一側；

所述狀態控制線圈、所述狀態控制永磁體、所述自鎖彈簧、所述自鎖永磁體、所述自鎖線圈和所述自鎖棱錐設置于所述控制器殼體內；

所述自鎖棱錐的一端與所述自鎖彈簧連接，以在所述自鎖彈簧的作用下將所述仿繼電器離散式控制器的狀態鎖死。

可選地，每個所述太陽帆葉片的底部和頂部均通過一個所述仿繼電器離散式控制器與所述太陽帆框架相連。

可選地，所述太陽帆框架的結構為充氣式結構，以實現所述太陽帆的折疊。

可選地，所述太陽帆框架內設置有電路，以傳遞控制信號及輔助保溫。