近日，中國科學(xué)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(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、航程長的特點。太陽帆技術(shù)難度大、涉及的學(xué)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(yīng)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(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)試驗。

在國家自然科學(xué)基金、國家“萬人計劃”、中國科學(xué)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(tuán)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(dāng)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(jìn)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(jī)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(biāo)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(jī)構(gòu)的相關(guān)研究成果將于 2019 年 55 卷 21 期《機(jī)械工程學(xué)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(jī)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(yīng)用。

天帆一號在軌展開過程中的部分照片

太陽帆被廣大學(xué)者和專家認(rèn)為是目前極具可能到達(dá)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(yīng)用前景。大型太陽帆被認(rèn)為是未來行星間航行的關(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(chǔ)上，沈陽自動化所將進(jìn)一步開展相關(guān)工作，并加強(qiáng)和國內(nèi)外相關(guān)單位合作，推進(jìn)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(xué)探測任務(wù)。