【儀器網(wǎng) 時事聚焦】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(yàn)證了多項(xiàng)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(yàn)，將為后續(xù)大型太陽帆研發(fā)提供技術(shù)支持。
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(diǎn)。太陽帆技術(shù)難度大、涉及的學(xué)科門類多。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(yàn)。
科學(xué)家們認(rèn)為，“太陽帆”飛船可能是人類星際旅行的希望，因?yàn)橐蕴柟庾鳛閯恿?，可減少宇宙飛船攜帶的大量燃料，增加其機(jī)動性范圍，使其在太空停留更長的時間，而且只要有陽光存在的地方，它就會不斷獲得動力加速飛行。太陽帆代表了人類未來太空飛行的技術(shù)，如果這次試驗(yàn)?zāi)軌虺晒Γ鼘殚_發(fā)新型宇宙發(fā)動機(jī)方向邁出重要一步，可以相信，人類未來完全可以利用太陽帆從事深空探索，并給人類的太空旅行帶來一場新的革命。因此，“宇宙一號”的命運(yùn)不僅關(guān)系到未來星際航行中能源系統(tǒng)的建設(shè)，也將關(guān)系到人們對研制開發(fā)太陽帆的態(tài)度。
在國家自然科學(xué)基金、國家萬人計(jì)劃、中科院百人計(jì)劃等資助下，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(yàn)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。
聚酰亞胺，是綜合性能的有機(jī)高分子材料之一。其耐高溫達(dá)400℃以上 ，長期使用溫度范圍-200～300℃，部分無明顯熔點(diǎn)，高絕緣性能，103 赫下介電常數(shù)4.0，介電損耗僅0.004～0.007，屬F至H。根據(jù)重復(fù)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)，聚酰亞胺可以分為脂肪族、半芳香族和芳香族聚酰亞胺三種。根據(jù)鏈間相互作用力，可分為交聯(lián)型和非交聯(lián)型 。
聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)(-CO-N-CO-)的一類聚合物，其中以含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚合物重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。上世紀(jì)60年代，各國都在將聚酰亞胺的研究、開發(fā)及利用列入 21世紀(jì)的工程塑料之一。因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)得到充分的認(rèn)識，被稱為是"解決問題的能手"(protion solver)，并認(rèn)為"沒有聚酰亞胺就不會有今天的微電子技術(shù)"。
“天帆一號”在軌試驗(yàn)由沈陽自動化所和天儀研究院聯(lián)合完成。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(yàn)進(jìn)展順利，在軌驗(yàn)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，標(biāo)志著太陽帆關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)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(yàn)證其離軌能力并探究其在空間碎片減緩中的潛在應(yīng)用。
資料來源:沈陽自動化研究所、百科
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