近日，中國科學院沈陽自動化研究所研制的“天帆一號”（SIASAIL-I）太陽帆，搭載長沙天儀研究院瀟湘一號 07 衛(wèi)星，在軌成功驗證了多項太陽帆關(guān)鍵技術(shù)。瀟湘一號 07 衛(wèi)星于 8 月 31 日在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，“天帆一號”作為該衛(wèi)星的主任務(wù)，近期順利開展了系列關(guān)鍵技術(shù)試驗，將為后續(xù)大型太陽帆研發(fā)提供技術(shù)支持。

天帆一號在軌飛行效果圖

太陽帆是利用太陽在薄膜上的反射光壓提供動力的航天器，在航行過程中不需消耗額外化學燃料和工作介質(zhì)，具有質(zhì)量小、收展比大、成本低、功耗低、航程長的特點。太陽帆技術(shù)難度大、涉及的學科門類多。國際上，日、美、英等國家相繼成功在軌開展了太陽帆的技術(shù)和應用研究；國內(nèi)，有多家單位也開展了太陽帆相關(guān)研究工作，沈陽自動化所首次在軌成功進行了關(guān)鍵技術(shù)試驗。

在國家自然科學基金、國家“萬人計劃”、中國科學院“百人計劃”等項目資助下，沈陽自動化所從 2011 年開始，便開展了空間柔性展開機構(gòu)的相關(guān)研發(fā)工作，“天帆一號”是其中第一款飛行產(chǎn)品。“天帆一號”太陽帆將柔性膜折疊存儲在展開機構(gòu)內(nèi)部，發(fā)射前大小不到 0.5U，在瀟湘一號 07 星衛(wèi)星平臺正常入軌之后，通過兩級組合展開的方式開展技術(shù)驗證。一級展開釋放采用了熱切割和被動釋放機構(gòu)，通過儲能裝置將太陽帆帆體從衛(wèi)星平臺中推出并翻轉(zhuǎn) 90 度；二級展開機構(gòu)采用主動驅(qū)動伸出四根雙穩(wěn)態(tài)帆桁，逐漸展開聚酰亞胺帆膜形成光帆，帆膜展開尺寸約為 0.6 平方米。

天帆一號兩級展開過程示意圖

“天帆一號”在軌試驗由沈陽自動化所和天儀研究院聯(lián)合完成。沈陽自動化所研究員劉金國被天儀研究院聘為該衛(wèi)星的總設(shè)計師，帶領(lǐng)團隊開展太陽帆的總體設(shè)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(wèi)星平臺、搭載發(fā)射和測控通訊等相關(guān)保障。

從當前在軌返回的數(shù)據(jù)和圖片表明，“天帆一號”太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗進展順利，在軌驗證了微小衛(wèi)星兩級主被動展開系統(tǒng)、多帆桁同步展開機構(gòu)、可展開雙穩(wěn)態(tài)桿技術(shù)、柔性帆膜材料、帆膜折疊展開技術(shù)等多項關(guān)鍵技術(shù)，標志著太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗驗證任務(wù)取得圓滿成功。展開機構(gòu)的相關(guān)研究成果將于 2019 年 55 卷 21 期《機械工程學報》以封面論文形式發(fā)表。

此外，在本次任務(wù)中，“天帆一號”還將開展機構(gòu)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。

天帆一號在軌展開過程中的部分照片

太陽帆被廣大學者和專家認為是目前極具可能到達太陽系外的航天器，在小行星探測、地磁暴監(jiān)測、太陽極地探測及空間碎片清除等方面具有廣泛的應用前景。大型太陽帆被認為是未來行星間航行的關(guān)鍵手段，在空間科學探測中將發(fā)揮重要作用。在此次試驗的基礎(chǔ)上，沈陽自動化所將進一步開展相關(guān)工作，并加強和國內(nèi)外相關(guān)單位合作，推進該方向的發(fā)展，爭取早日實現(xiàn)我國首個基于太陽帆的空間科學探測任務(wù)。