近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的“天帆一號”（SIASAIL-I）太陽(yáng)帆，搭載長(cháng)沙天儀研究院瀟湘一號07衛星，在軌成功驗證了多項太陽(yáng)帆關(guān)鍵技術(shù)，這也是我國首次完成太陽(yáng)帆在軌關(guān)鍵技術(shù)試驗，將對我國后續大型太陽(yáng)帆研發(fā)提供技術(shù)支持。

據悉，瀟湘一號07衛星于8月31日在中國酒泉衛星發(fā)射中心成功發(fā)射，“天帆一號”作為該衛星的主任務(wù)，開(kāi)展一系列關(guān)鍵技術(shù)試驗。

太陽(yáng)帆是利用太陽(yáng)在薄膜上的反射光壓提供動(dòng)力的航天器，在航行過(guò)程中不需消耗額外化學(xué)燃料和工作介質(zhì)，具有質(zhì)量小、收展比大、成本低、功耗低、航程長(cháng)的特點(diǎn)。太陽(yáng)帆技術(shù)難度大、涉及的學(xué)科門(mén)類(lèi)多。國際上，日、美、英等國家相繼成功在軌開(kāi)展了太陽(yáng)帆的技術(shù)和應用研究。

“天帆一號”在軌運行效果圖

在國家自然科學(xué)基金、國家萬(wàn)人計劃、中國科學(xué)院百人計劃等項目支持下，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所從2011年開(kāi)始，就空間柔性展開(kāi)機構展開(kāi)核心技術(shù)攻關(guān)，“天帆一號”是其中第一款飛行產(chǎn)品。

據“天帆一號”項目負責人、中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所空間自動(dòng)化技術(shù)研究室副主任劉金國研究員介紹，“天帆一號”將柔性膜折疊存儲在展開(kāi)機構內部，發(fā)射前大小不到0.5U，在瀟湘一號07星衛星平臺正常入軌之后，通過(guò)兩級組合展開(kāi)的方式開(kāi)展技術(shù)驗證。一級展開(kāi)釋放采用了熱切割和被動(dòng)釋放機構，通過(guò)儲能裝置將太陽(yáng)帆帆體從衛星平臺中推出并翻轉90度；二級展開(kāi)機構采用主動(dòng)驅動(dòng)伸出四根雙穩態(tài)帆桁，逐漸展開(kāi)聚酰亞胺帆膜形成光帆，帆膜展開(kāi)尺寸約為0.6平方米。

“天帆一號”兩級展開(kāi)過(guò)程示意圖

從當前在軌返回的數據和圖片表明，“天帆一號”太陽(yáng)帆關(guān)鍵技術(shù)試驗進(jìn)展順利，在軌驗證了微小衛星兩級主被動(dòng)展開(kāi)系統、多帆桁同步展開(kāi)機構、可展開(kāi)雙穩態(tài)桿技術(shù)、柔性帆膜材料、帆膜折疊展開(kāi)技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)，標志著(zhù)太陽(yáng)帆關(guān)鍵技術(shù)試驗驗證任務(wù)取得圓滿(mǎn)成功。在本次后續任務(wù)中，“天帆一號”還將開(kāi)展機構壽命、材料特性和軌道高度等研究，驗證其離軌能力并探究其在空間碎片減緩中的潛在應用。展開(kāi)機構相關(guān)研究成果將于2019年55卷21期《機械工程學(xué)報》以封面論文形式發(fā)表。

“天帆一號”在軌展開(kāi)過(guò)程中的部分照片

據悉，“天帆一號”在軌試驗由沈陽(yáng)自動(dòng)化所和天儀研究院聯(lián)合完成。作為瀟湘一號07星總設計師，劉金國研究員帶領(lǐng)團隊開(kāi)展了太陽(yáng)帆的總體設計、技術(shù)驗證和環(huán)境試驗工作；天儀研究院為“天帆一號”提供衛星平臺、搭載發(fā)射和測控通訊等相關(guān)保障。

太陽(yáng)帆被廣大學(xué)者和專(zhuān)家認為是目前極具可能到達太陽(yáng)系外的航天器，在小行星探測、地磁暴監測、太陽(yáng)極地探測及空間碎片清除等方面具有廣泛的應用前景。大型太陽(yáng)帆被認為是未來(lái)行星間航行的關(guān)鍵手段，在空間科學(xué)探測中將發(fā)揮重要作用。在此次試驗的基礎上，沈陽(yáng)自動(dòng)化所將進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)工作，并加強和國內外相關(guān)單位合作，推進(jìn)該方向的發(fā)展，爭取早日實(shí)現我國首個(gè)基于太陽(yáng)帆的空間科學(xué)探測任務(wù)。