立方体卫星离轨装置国内外研究现状(2)

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AEOLDOS 制动帆装置由格拉斯哥大学研制[8]，其展开面积仅为 1 ㎡，但可实现 650km 轨道高度一下的立方体卫星在 25 年内脱离轨道。AEOLDOS 装置占用星上 0.4U 的空间，重约 372g，结果外形如图 1.4 所示。AEOLDOS 装置利用基于绕在一个中心毂上偏向桅杆的张力存储部署系统，在卫星生命终结的时候扩展出一个制动帆，制动帆薄膜分为 4 个子帆，它们储存在 4 个可交换的带有沟槽的盒子中。装置采用了高度对称的”青蛙腿“式薄膜折叠方式，从而减少展开过程中桅杆的弯曲负荷[8]。地面真空实验表明被捕获的空气可以从折痕中逃逸出来而不会伤害薄膜。该装置将桅杆绕在中心毂上产生了一定的扭矩，解锁装置触发后，桅杆迅速向四周展开。然而，在展开过程结束时，自旋加快的毂拥有相当大的旋转动能，从而导致毂过度旋转降低了装置的展开面积。此外，过度旋转的毂导致桅杆在相反方向上有一个轻微的回缠，在桅杆按照切线模式连接的地方，这可能会导致一个相当大的剥离作用，导致桅杆和毂的连接处产生折叠而失效。为了防止这种剥离，该装置将毂设计为花瓣形状的毂，保证每个桅杆夹紧在相邻两个花瓣中间的缝隙中，每两个都有相同的凸曲率，从而在展开结束时就不会产生锋利的折痕。为了提防任何可能在主航天器有效寿命期间混进线轴的物体。每个门上都连接有一个被压缩的波浪弹簧。它们可以在门开始打开之前，扩大到使 5mm 的线轴展开。在展开结束时，扩充的波浪弹簧可能再一次在向外动量的影响下，在门上被压缩。为门及门和薄膜连接处的使冲击负荷减到最小，波浪弹簧含于三角形的区域内也能使门的结构得到加强。

加拿大多伦多大学所研制的 CANX-7 立方体卫星主要验证了该校所研制的装懂帆装置，该装置主要由 4 个相同的展开帆单元组成，体积约为 100mm×100mm×60mm，单个展开帆单元可以展开成一个约 1 ㎡的梯形帆[9]，该装置可以实现 3 种不同质量大小的 LEO 卫星在 25 年内脱离轨道。装置采用模块化设计方式，质量轻、体积小，主体结构采用 3D 打印技术，材料选择一种新型的碳纤维复合材料（Windform XT 2.0）[10]。CANX-7 采用储存的应变能作为展开的动力，展开帆面积为 4.2 ㎡，同时被设计为完全自主离轨的装置。CANX-7 是一个实验性的任务，展示一个微小卫星离轨的实际方案。卫星上的主要负载就是一张可展开的制动帆，如图 1.5，它由 4 片同样的帆组成，每片帆面积为 1.05 ㎡，每个模块都有两根卷尺带弹簧将帆收起来，储存应变能，并且通过悬臂式的桅杆来支撑每一模块的制动帆。卷尺带弹簧状的桅杆呈线圈缠绕在可以转动的轴上。6.3mm 狭窄的卷尺带弹簧为中间转轴提供需要的转矩，制动帆也可以装填在有限的空间内。更宽更硬的卷尺带弹簧为后面跟可靠的部署提供了技术原型。装置总体呈直角棱柱外形，其方形断面有 34cm 长，边长为 10cm。