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太阳帆关键技术试验成功 人类星际旅行有希望

仪表研发 2019年12月30日 13:08:05 来源:仪表网人气:20817
  【仪表网 仪表研发】近日,中国科学院沈阳自动化研究所研制的“天帆一号”(SIASAIL-I)太阳帆,搭载长沙天仪研究院潇湘一号07卫星,在轨成功验证了多项太阳帆关键技术。潇湘一号07卫星于8月31日在中国酒泉卫星发射中心成功发射,“天帆一号”作为该卫星的主任务,近期顺利开展了系列关键技术试验,将为后续大型太阳帆研发提供技术支持。
 
  太阳帆是利用太阳在薄膜上的反射光压提供动力的航天器,在航行过程中不需消耗额外化学燃料和工作介质,具有质量小、收展比大、成本低、功耗低、航程长的特点。太阳帆技术难度大、涉及的学科门类多。国际上,日、美、英等国家相继成功在轨开展了太阳帆的技术和应用研究;国内,有多家单位也开展了太阳帆相关研究工作,沈阳自动化所首次在轨成功进行了关键技术试验。
 
  科学家们认为,“太阳帆”飞船可能是人类星际旅行的希望,因为以太阳光作为动力,可减少宇宙飞船携带的大量燃料,增加其机动性范围,使其在太空停留更长的时间,而且只要有阳光存在的地方,它就会不断获得动力加速飞行。太阳帆代表了人类未来太空飞行的技术,如果这次试验能够成功,它将为开发新型宇宙发动机方向迈出重要一步,可以相信,人类未来完全可以利用太阳帆从事深空探索,并给人类的太空旅行带来一场新的革命。因此,“宇宙一号”的命运不仅关系到未来星际航行中能源系统的建设,也将关系到人们对研制开发太阳帆的态度。
 
  在国家自然科学基金、国家万人计划、中科院百人计划等资助下,沈阳自动化所从2011年开始,便开展了空间柔性展开机构的相关研发工作,“天帆一号”是其中第一款飞行产品。“天帆一号”太阳帆将柔性膜折叠存储在展开机构内部,发射前大小不到0.5U,在潇湘一号07星卫星平台正常入轨之后,通过两级组合展开的方式开展技术验证。一级展开释放采用了热切割和被动释放机构,通过储能装置将太阳帆帆体从卫星平台中推出并翻转90度;二级展开机构采用主动驱动伸出四根双稳态帆桁,逐渐展开聚酰亚胺帆膜形成光帆,帆膜展开尺寸约为0.6平方米。
 
  聚酰亚胺,是综合性能的有机高分子材料之一。其耐高温达400℃以上 ,长期使用温度范围-200~300℃,部分无明显熔点,高绝缘性能,103 赫下介电常数4.0,介电损耗仅0.004~0.007,属F至H。根据重复单元的化学结构,聚酰亚胺可以分为脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亚胺三种。根据链间相互作用力,可分为交联型和非交联型 。
 
  聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-N-CO-)的一类聚合物,其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料,已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。上世纪60年代,各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入 21世纪的工程塑料之一。因其在性能和合成方面的突出特点,不论是作为结构材料或是作为功能性材料,其巨大的应用前景已经得到充分的认识,被称为是"解决问题的能手"(protion solver),并认为"没有聚酰亚胺就不会有今天的微电子技术"。
 
  “天帆一号”在轨试验由沈阳自动化所和天仪研究院联合完成。当前在轨返回的数据和图片表明,“天帆一号”太阳帆关键技术试验进展顺利,在轨验证了微小卫星两级主被动展开系统、多帆桁同步展开机构、可展开双稳态杆技术、柔性帆膜材料、帆膜折叠展开技术等多项关键技术,标志着太阳帆关键技术试验验证任务取得圆满成功。展开机构的相关研究成果将于2019年55卷21期《机械工程学报》以封面论文形式发表。此外,在本次任务中,“天帆一号”还将开展机构寿命、材料特性和轨道高度等研究,验证其离轨能力并探究其在空间碎片减缓中的潜在应用。
 
  资料来源:沈阳自动化研究所、百科
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