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立方体卫星离轨装置国内外研究现状(2)

时间:2021-07-16 23:05来源:毕业论文
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

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。

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