CN110525687B - 一种离轨帆展开方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离轨帆展开方法及其装置，包括非折叠帆和折叠帆，非折叠帆与折叠帆可转动连接以形成驱使星体离轨的离轨帆；折叠帆包括能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑帆体的至少一个第一骨架，在折叠帆相对非折叠帆的第一侧边转动至折叠帆与非折叠帆的第一夹角为第一临界值的情况下，至少一个第一骨架中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕折叠帆转动，并且折叠帆相对非折叠帆的第一侧边继续转动，从而第一夹角继续增大至能够使得折叠帆与非折叠帆形成离轨帆的第二临界值。在发射前，折叠帆就能够折叠好，以尽量减小体积；离轨帆展开状态下有足够大的面质比。

Description

一种离轨帆展开方法及其装置

技术领域

本发明涉及航天器离轨技术领域，尤其涉及一种离轨帆展开方法及其装置。

背景技术

离轨帆是一种被动离轨装置，其目的是为了避免立方星失效后成为长期滞留太空的太空垃圾，在立方星寿命末期采用低成本制动帆装置使其快速脱离轨道。离轨帆在设计时除了满足一般的机械构件设计原则和技术指标外，还需要满足以下原则：

(1)轻量化：离轨帆展开后，质量分布发生改变，更多的质量远离惯性主轴，会对姿控部件能力提出更高的要求。而且卫星质量与发射成本也关系密切，因此在保证离轨帆刚度的前提下应尽量减轻质量，实现轻量化设计。

(2)适应太空环境：太空环境的特点是高真空、温度交变、电子福射、紫外辐射、微重力、空间碎片、低轨道原子氧等复杂工况，因此对设计提出了特殊要求。例如：暴露在空间环境中的结构和机构表面材料不会发生性能退化；活动部件应防止真空冷焊现象发生；结构和机构应防止因温度交变而导致过大的变形等。

(3)高度可靠性：卫星发射后出现故障难以修复、不可维护的特点要求离轨帆机构具有很高的可靠性。

例如，公开号为CN105799956A的中国专利公开的一种立方体卫星自动帆离轨装置。其由两个完全相同的立方体卫星自动离轨子装置构成，立方体卫星自动帆离轨子装置包括离轨装置和设置在离轨装置顶部的分隔板。离轨装置为中心对称结构，包括主框架、上端盖、帆存储室导轨、霍尔传感器、底板和两个展开机构，主框架为Z字形，以主框架的中心为对称中心，将主框架分为两个相同的分室，两个展开机构分别设置在两个分室内。该发明主要利用带状弹簧栀杆将四个薄膜帆沿四个方向分别展开增大卫星运动的法相截面积进而成功解决立方体卫星在完成任务后长时间停留在原有轨道并成为空间碎片的技术问题。

例如，公开号为CN207292479U的中国专利公开的一种立方体卫星自动帆离轨装置。其包括锁紧装置、存储机构、安装面板、锥形弹簧、展开机构和薄膜帆，锁紧装置固定在安装面板的顶面，存储机构固定在安装面板的底面，锥形弹簧、展开机构和薄膜帆均设置在存储机构内，锥形弹簧直径大的一端与安装面板固连，直径小的一端与展开机构固连，薄膜帆系在展开机构上，通过顶部安装在面板将其固定在卫星底部，从而不占用星内空间。在收到底面指令后，锁紧装置释放展开机构内的中心轴，缠绕于中心轴的带状弹性栀杆通过释放自身存储的弹性势能带动固定在栀杆上的薄膜帆展开。该实用新型利用展开薄膜帆来增大立方星飞行方向上的截面积，提高立方星所受到的大气阻力，从而加速立方星快速脱离轨道。

曾玉堂在其硕士论文《立体体卫星自动帆离轨装置的设计与研究》中涉及了一种离轨装置，由制动帆舱、栀杆展开机构和轴锁紧机构组成。该栀杆展开机构依靠弹性栀杆自身存储的弹性应变能提供驱动力展开栀杆，轴锁紧机构通过抑制栀杆展开机构内的中心轴旋转，从而起到离轨装置开关的作用。

基于现有技术的解读，现有技术中的离轨装置至少具有如下的缺陷：其会部分或全部的设置于星体内部，造成星体内部的复杂化。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种离轨帆展开装置，包括非折叠帆和折叠帆，所述非折叠帆与所述折叠帆可转动连接以形成驱使星体离轨的离轨帆。

所述折叠帆包括在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的骨架，该骨架用于将折叠帆体进行折叠并且在折叠帆体折叠时该骨架固定于非折叠帆上，能够使得该折叠帆保持在主星的外部，有利于在接收到地面指令时，折叠帆能够在主星外部直接展开而不需要从主星内部弹出后再展开，从而有效地节约了主星内的空间。

在所述折叠帆脱离所述非折叠帆的部分约束的情况下，骨架中至少一个以固定于折叠帆的方式绕所述非折叠帆转动。按照这种方式，固定于折叠帆上的骨架在绕非折叠帆转动时，折叠帆上的其余骨架还与非折叠帆有约束关系，这有助于在解除折叠帆的约束时防止该约束力释放的过快而使得折叠帆的帆体展开速度过大，从而有效地避免了折叠帆的帆体损坏。其次，该固定于折叠帆的骨架在绕非折叠帆转动时始终保持与折叠帆的同步性，从而该骨架能够作为折叠帆的惯性主轴，因此，在折叠帆完全展开时该骨架能够作为折叠帆的对称主轴，用于为展开后的折叠帆提供支撑力。

剩余部分的骨架以能够绕所述折叠帆转动的方式相对所述非折叠帆转动。按照这种方式，剩余部分的骨架能够在折叠帆完全与非折叠帆接触约束后，剩余部分的骨架能够以同时绕折叠帆和非折叠帆的方式将帆体展开，这一方面有助于展开后的折叠帆帆体具有较大的面质比(面积大，质量小)；另一方面，在剩余部分的骨架展开的过程中，剩余部分的骨架能够保持折叠帆帆体是对称展开的，以使得展开过程中的折叠帆帆体以固定于折叠帆的骨架为对称轴的方式形成对称的迎风面，保证了折叠帆能够平稳展开的同时还能够防止主星的不规则运动。

优选地，所述折叠帆包括能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的至少一个第一骨架，在所述折叠帆相对所述非折叠帆的第一侧边转动至所述折叠帆与所述非折叠帆的第一夹角为第一临界值的情况下，至少一个所述第一骨架中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕所述折叠帆转动，并且所述折叠帆相对所述非折叠帆的第一侧边继续转动，从而所述第一夹角继续增大至能够使得所述折叠帆与所述非折叠帆形成所述离轨帆的第二临界值。

根据一种优选的实施方式，所述折叠帆包括能够在其呈折叠状态时用于折叠所述帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的至少一个第二骨架，所述第二骨架至少一部分基于其与所述非折叠帆的接触力按照能够绕所述第一骨架转动的方式折叠于所述第一骨架内，以使得在所述折叠帆相对所述非折叠帆的第一侧边转动的过程中，所述第二骨架按照能够增加所述离轨帆的展开面积的方式绕所述第一骨架转动。

根据一种优选的实施方式，在所述折叠帆展开过程中，所述折叠帆的转动速度大于或等于所述第一骨架的转动速度；和/或所述折叠帆的转动速度大于或等于所述第二骨架的转动速度。

根据一种优选的实施方式，所述折叠帆包括第一骨架II和均布排列于所述第一骨架II两侧的至少两个第一骨架I，其中，其中，所述第一骨架II始终不绕所述折叠帆转动，而所述至少两个第一骨架I在所述折叠帆与所述非折叠帆的第一夹角大于第一临界值的情况下绕所述折叠帆同转速转动，以使得所述第一骨架II和所述第一骨架I能够在所述星体飞行的过程中且在所述折叠帆展开的过程中形成能够所述帆体的支撑结构。

根据一种优选的实施方式，所述非折叠帆的第一帆面具有能够与所述第一骨架的扣合体相配合的扣合孔，在所述折叠帆相对所述非折叠帆的第一侧边转动至所述折叠帆与所述非折叠帆的第一夹角小于所述第一临界值的情况下，所述扣合体与所述扣合孔彼此作用，以使得所述第一骨架不能绕所述折叠帆转动。

根据一种优选的实施方式，在所述折叠帆处于折叠状态的情况下，呈折叠状态的所述折叠帆的第二帆面与所述第一帆面彼此相对；在所述非折叠帆处于完全展开状态的情况下，呈完全展开状态的所述第二帆面与所述第一帆面形成迎风面或者被风面。

根据一种优选的实施方式，所述折叠帆在其展开过程中至少具有如下的中间姿态：在所述第一夹角小于第一临界值时，所述第一骨架I与所述非折叠帆的第二侧边形成的第二夹角为0度；或在所述第一夹角大于第一临界值且小于第二临界值时，所述第二夹角按照其最大值小于90°的方式随所述第一夹角的增大而增大；在所述第一夹角等于第二临界值时，所述第二夹角等于90°；其中，当所述第二夹角随所述第一夹角的增大而增大的过程中，所述第一骨架II内的第二骨架II的自由端能够以不触碰所述非折叠帆的方式绕所述第一骨架II转动。

根据一种优选的实施方式，所述非折叠帆与所述折叠帆之间设置有固定机构，用于在所述星体飞行过程中将所述折叠帆维持为折叠状态，其中，所述固定机构能够响应于离轨指令自动解除所述非折叠帆与所述折叠帆的固接作用，以使得所述折叠帆能够开始绕所述非折叠帆的所述第一侧边转动。

根据一种优选的实施方式，本发明还公开了一种用于离轨帆展开的折叠帆，其能够在绕与连接在星体上的非折叠帆转动的过程中展开并与所述非折叠帆形成离轨帆，所述折叠帆包括在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的骨架，所述骨架中的至少一个能够在所述折叠帆脱离所述非折叠帆的部分约束的情况下以固定于折叠帆的方式绕所述非折叠帆转动，并且剩余部分的骨架以能够绕所述折叠帆转动的方式相对所述非折叠帆动。

根据一种优选的实施方式，所述方法是前述的展开装置实现或者前述折叠帆实现。

相比较与现有技术，本发明提供一种离轨帆展开装置和方法，至少具有根据下优势：

1)、能够将离轨帆外置于星体，而不占据星体的内部空间；在发射前，折叠帆就能够折叠好，以尽量减小体积；星体任务完成后，能够顺利展开，展开后能够保持固定的展开状态；展开后的框架应有足够的强度和刚度，在保证支撑能力的同时尽量减小对姿控的影响；离轨帆展开状态下有足够大的面质比。

2)、折叠帆需要与非折叠帆形成第一夹角α后，才会展开，这样能够防止星体受到的外载突然变化，而影响星体飞行；

3)、在空间环境下，第一骨架在转动的同时，折叠帆以增大第一夹角α的方式继续转动，能够保证离轨帆是同步同时展开的，有利于防止帆体的突然损坏。

附图说明

图1是本发明提供的一种离轨展开装置的折叠状态示意图；

图2是本发明提供的一种离轨展开装置的中间展开状态示意图；

图3是本发明提供的一种离轨展开装置的完全展开状态示意图；

图4是本发明提供的一种离轨展开装置的另一中间展开状态示意图；和

图5是本发明提供的一种完全展开状态下的离轨帆的位置关系示意图。

附图标记列表

100：星体 300d：扣合体

200：非折叠帆 300a-1：第一骨架I

300：折叠帆 300a-2：第一骨架II

400：连接板 300b-1：第二骨架I

200a：第一帆面 300b-2：第二骨架II

200b：扣合孔 400a：铰链

300a：第一骨架 α：第一夹角

300b：第二骨架 β：第二夹角

300c：第二帆面 γ：第三夹角

具体实施方式

下面结合附图1-5进行详细说明。

实施例1

本实施例公开一种离轨帆展开装置。

如图1-5所示，该离轨帆展开装置，包括非折叠帆200和折叠帆300。非折叠帆200与折叠帆300可转动连接以形成驱使星体100离轨的离轨帆。优选地，非折叠帆200的第一侧边设置有连接板400。连接板400上设置有能够使得折叠帆300相对该第一侧边转动的铰链400a。

折叠帆300包括有能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑帆体的至少一个第一骨架300a。优选地，第一骨架300a是轻质合金钢，例如，材料。采用轻质合金刚能够在折叠帆300的机械构建刚度和强度满足技术指标的前提下还能够轻量化。

折叠帆300按照能够相对非折叠帆200的第一侧边转动的方式设置。折叠帆300与非折叠帆200之间的第一夹角α。在第一夹角α达到第一临界值时，至少一个第一骨架300a中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕折叠帆300转动。例如，如图2所示，位于折叠帆300两侧的第一骨架I300a-1按照能够与非折叠帆200的第二侧边形成第二夹角β的方式绕折叠帆300转动，直至β等于90°(如图3所示)。优选地，如图2所示，第一侧边和第二侧边彼此垂直。即：非折叠帆200至少有两边相互垂直，例如非折叠帆200呈长方形或者正方形。此时，折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边继续转动，第一夹角α继续增大。当第一夹角α继续增大至第二临界值时，折叠帆300与非折叠帆200形成了离轨帆，如图3所示。相比较与现有技术，本发明按照上述结构形成离轨帆至少具有如下的优势：1、能够将离轨帆外置于星体100，而不占据星体100的内部空间；2、折叠帆300需要与非折叠帆200形成一定的角度(第一夹角α)后，才会展开，这样能够防止星体100受到的外载突然变化，而影响星体100飞行；3、在空间环境下，第一骨架300a在转动的同时，折叠帆300以增大第一夹角α的方式继续转动，能够保证离轨帆是同步同时展开的，有利于防止帆体的突然损坏。

第一夹角α可以按照几何学上的定义：其是折叠帆300与非折叠帆200的二面角。即：第一夹角α可以是第一帆面200a和第二帆面300c之间的二面角。当第一夹角α为0时，第一帆面200a和第二帆面300c相对。当第一夹角α为180时，第一帆面200a和第二帆面300c形成迎风面或者被风面。第一临界值优选为3～10°。第一临界值特别优选为4～7°。第二临界值优选为180°。第一临界值与扣合体的设置位置和大小相关。

优选地，折叠帆300包括至少一个第二骨架300b。第二骨架300b与第一骨架300a具有相同或相似的作用，即能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑帆体的。如图1所示，在第二骨架300b与非折叠帆200的接触力的作用下，第二骨架300b至少一部分折叠于第一骨架300a内。当在折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边转动的过程中，第二骨架300b绕第一骨架300a转动。按照这种方式设置，本发明至少还具有如下的优势：1、第二骨架300b折叠于第一骨架300a能够将帆体以最小的折叠空间安装在有限的空间的同时，但是在其展开的后，帆体却能够具有足够大的展开面积；2、第二骨架300b基于其与第一骨架300a的连接关系以及基于其与非折叠帆200之间的接触关系，在折叠帆300转动的过程中，第二骨架300b便能逐渐地与非折叠帆200脱离接触关系，从而实现自主地绕第一骨架300a转动，这有利于离轨帆的轻型化；3、离轨帆展开状态下有足够大的面质比，即质量轻但是面积大。

优选地，在折叠帆300展开过程中，折叠帆300的转动速度大于或等于第一骨架300a的转动速度。按照这种方式，和/或折叠帆300的转动速度大于或等于第二骨架300b的转动速度。例如，第一骨架300a的转动速度和/或第二骨架300b的转动速度可以由扭转弹簧刚度来决定，以保证折叠帆300的转动速度大于或等于第一骨架300a的转动速度和/或折叠帆300的转动速度大于或等于第二骨架300b的转动速度。按照这种方式，本发明至少具有如下的优势：折叠帆的帆体展开过程中具有平稳性。

优选地，折叠帆300包括第一骨架II300a-2和均布排列于第一骨架II300a-2两侧的至少两个第一骨架I300a-1。第一骨架II300a-2始终不绕折叠帆300转动。而在折叠帆300与非折叠帆200的第一夹角α大于第一临界值的情况下，至少两个第一骨架I300a-1绕折叠帆300同转速转动。因此，在星体100离轨飞行的过程中且在折叠帆300展开的过程中，第一骨架II300a-2和第一骨架I300a-1能够形成能够支撑帆体的支撑结构。按照这种方式设置，本发明至少还具有如下的优势：1、在离轨帆展开的过程中，由于结构是对称的，其质量分布不会发生改变，从而其惯性主轴(第一骨架II300a-2)始终不变，能够降低对星体100飞行姿态的影响程度以实现精确离轨飞行姿态。如图1-3所示，该折叠帆300包括了一个第一骨架II300a-2和以第一骨架II300a-2为对称中心的两个第一骨架I300a-1。

优选地，非折叠帆200的第一帆面200a具有能够与第一骨架300a的扣合体300d相配合的扣合孔200b。在折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边转动至折叠帆300与非折叠帆200的第一夹角α小于第一临界值的情况下，扣合体300d与扣合孔200b彼此作用，以使得第一骨架300a不能绕折叠帆300转动。扣合体300d与扣合孔200b的彼此作用可以按照相对滑动摩擦的方式进行设置，即在折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边时，扣合体300d与扣合孔200b滑动摩擦，以使得折叠帆300与非折叠帆200具有第一夹角α。

优选地，在折叠帆300处于折叠状态的情况下，呈折叠状态的折叠帆300的第二帆面300c与第一帆面200a彼此相对。在非折叠帆200处于完全展开状态的情况下，呈完全展开状态的第二帆面300c与第一帆面200a形成迎风面或者被风面。

优选地，折叠帆300在其展开过程中至少具有如下的第一姿态、第二姿态和第三姿态等中间姿态。第一姿态，如图4所示，在第一夹角α小于第一临界值时，第一骨架I300a-1与非折叠帆200的第二侧边形成的第二夹角β为0度。第二姿态，如图2所示，在第一夹角α大于第一临界值且小于第二临界值时，第二夹角β按照其最大值小于90°的方式随第一夹角α的增大而增大。第三姿态，如图3所示在第一夹角α等于第二临界值时，第二夹角β等于90°。

优选地，当第二夹角β随第一夹角α的增大而增大的过程中，第一骨架II300a-2内的第二骨架II300b-2的自由端能够以不触碰非折叠帆200的方式绕第一骨架II300a-2转动。第二骨架II300b-2的自由端是指第二骨架II300b-2的其与第二骨架II300b-2的转动连接端的相对一端。本发明的第二骨架II300b-2的展开方式可以按照如下方式进行：当第一夹角α大于第三临界角且第二夹角大于第四临界角的时候，第二骨架II300b-2开始绕第一骨架II300a-2转动。第三临界角大于第一临界角且小于第二临界角。第三临界角和第四临界角形成的空间角度，恰好能够使得第二骨架II300b-2不触碰非折叠帆200。例如，在第二骨架II300b-1上固定设置有一根压板，该压板压与第二骨架II300b-2上的压孔相互配合。在第二骨架II300b-1固定的过程中，压板跟随其转动，从而其能够在当第一夹角α大于第三临界角且第二夹角大于第四临界角的时候解除对压孔的压紧作用，以使得第二骨架II300b-2能够绕第一骨架II300a-2转动。按照这种方式设置，本发明至少还具有如下优势：1、第二骨架II300b-2在展开时，不会对非折叠帆200造成损害。2、在展开过程中，整个离轨帆的质量分布仍然是均匀的。

优选地，非折叠帆200与折叠帆300之间设置有固定机构。该固定机构用于在星体100飞行过程中将折叠帆300维持为折叠状态。固定机构能够响应于离轨指令自动解除非折叠帆200与折叠帆300的固接作用，以使得折叠帆300能够开始绕非折叠帆200的第一侧边转动。离轨指令可以是来自于地面控制中心，其通过通讯设备传递固定机构的执行设备，执行设备对固定机构进行解锁，以释放折叠帆300。例如，该固定机构包括连接线和熔断电阻。连接线的一端与熔断电阻在接收到离轨命令之前是处于固接状态。连接线的另一端与折叠帆300固定连接。熔断电阻通过螺钉固定在非折叠帆200上。熔断电阻在导电后，产生热量将连接线熔断，解除对折叠帆300的固定作用，从而使其能够转动。熔断电阻的电阻至优选为5～20欧姆。特别优选为10欧姆。优选地，该连接线可以是鱼线。在固定机构受到离轨指令后，熔断电阻通电升温，熔断鱼线，以解除非折叠帆200与折叠帆300之间的固定作用。优选地，熔断电阻可以是功率电阻，其能够在通电的情况下发热，从而将热量传递至熔断线将其熔断。优选地，熔断线可以是鱼线。优选地，熔断电阻可以按照如下方式通电：主星100上的微处理器在接收到地面离轨指令时向与熔断电阻串联的电磁开关发出闭合指令，电磁开关闭合通电产生电流I。优选地，熔断电阻的电源是主星100上的电源设备。卫星上设置有电源设备是本领域的公知常识。地面指令与卫星的通信方式也是本领域的公知常识。微处理器与电磁开关的通信方式也是泵领域的公知常识。因此，本领域的技术人员能够采用公知常识实现熔断电阻熔断熔断线的步骤。

实施例2

本实施例可以是对实施例1的中的折叠帆300进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

本实施例公开一种至少能够用于实施例1离轨帆展开装置的优选的折叠帆300。该折叠帆包括了至少一个第一骨架300a以及帆体。优选地，其还可以包括第二骨架300b。帆体可以是铝膜帆。其可以采用棉线缝制于各个骨架上。帆体可以是一张独立的帆体，也可以是多张分别拼合于两两第一骨架300a之间的。帆体在折叠帆300折叠时，能够基于第一骨架300a和第二骨架300b处于折叠状态。帆体在折叠帆300展开时，能够基于第一骨架300a和第二骨架300b的支撑作用处于展开状态。

如图1-3所示，折叠帆300包括两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2。两根第一骨架I300a-1分别对称地排设于第一骨架II300a-2的两侧。两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2均通过扭转弹簧与第二骨架300b连接，能够使得第二骨架300b能够分别绕对应的两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2转动。两根第一骨架I300a-1也通过扭转弹簧与连接板400连接，能够使得两根第一骨架I300a-1均能绕折叠帆300转动。

本实施例公开的折叠帆300，其能够在绕与连接在星体100上的非折叠帆200转动的过程中展开并与非折叠帆200形成离轨帆。非折叠帆200在形成离轨帆的过程中相对于星体100是固定的。

第一骨架300a在折叠帆300在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑帆体的。为了区分不同的第一骨架300a，本实施例将第一骨架300a按照其各自不同的运动和功能命名了第一骨架I300a-1和第一骨架II300a-2。如图2和3所示，第一骨架I300a-1在折叠帆300转动过程中还要绕折叠帆300转动以形成展开后的折叠帆300的一条底边的一部分。而第一骨架II300a-2在折叠帆300转动过程中始终与折叠帆无相对运动，以形成展开后的折叠帆300的一条高。

在折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边转动至折叠帆300与非折叠帆200的第一夹角α为第一临界值的情况下，第一骨架I300a-1按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕折叠帆300转动，并且折叠帆300相对非折叠帆200的第一侧边继续转动，从而第一夹角α继续增大至能够使得折叠帆300与非折叠帆200形成离轨帆的第二临界值。此过程中，第一骨架II300a-2始终与折叠帆300相对无运动。

实施例3

本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

如图1-5所示，该离轨帆展开装置包括非折叠帆200和折叠帆300。非折叠帆200和折叠帆300之间通过连接板400连接。连接板400上设置有铰链400a。用于使得折叠帆300绕非折叠帆200转动。非折叠帆200设置有该连接板400一端的相对端设置有固定机构。例如，该固定机构包括连接线和熔断电阻。连接线的一端与熔断电阻在接收到离轨命令之前是处于固接状态。连接线的另一端与折叠帆300固定连接。熔断电阻通过螺钉固定在非折叠帆200上。熔断电阻在导电后，产生热量将连接线熔断，解除对折叠帆300的固定作用，从而使其能够转动。熔断电阻的电阻至优选为5～20欧姆。特别优选为10欧姆。优选地，该连接线可以是鱼线。优选地，熔断线可以是鱼线。优选地，熔断电阻可以按照如下方式通电：主星100上的微处理器在接收到地面离轨指令时向与熔断电阻串联的电磁开关发出闭合指令，电磁开关闭合通电产生电流I。优选地，熔断电阻的电源是主星100上的电源设备。卫星上设置有电源设备是本领域的公知常识。地面指令与卫星的通信方式也是本领域的公知常识。微处理器与电磁开关的通信方式也是泵领域的公知常识。因此，本领域的技术人员能够采用公知常识实现熔断电阻熔断熔断线的步骤。

如图2-3所示，折叠帆300包括两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2。两根第一骨架I300a-1分别对称地排设于第一骨架II300a-2的两侧。两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2均通过扭转弹簧与第二骨架300b连接，能够使得第二骨架300b能够分别绕对应的两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2转动。两根第一骨架I300a-1也通过扭转弹簧与连接板400连接，能够使得两根第一骨架I300a-1均能绕折叠帆300转动。

优选地，第一骨架300a(两根第一骨架I300a-1和一根第一骨架II300a-2)面向第一帆面200a的一侧均设置有扣合体300d。该扣合体300d是圆柱形。第一帆面200a上设置有与该扣合体300d彼此配合的扣合孔200b。在第一帆面200a与第二帆面300c相对时，扣合体300d与扣合孔200b相互配合。

优选地，本实施例中第一夹角α的第一临界值为6°。在α小于6°，扣合体300d与扣合孔200b滑动接触，两根第一骨架I300a-1不饶折叠帆300转动。在α等于6°，扣合体300d与扣合孔200b刚好脱离。因而，在α大于或等于6°，两根第一骨架I300a-1基于扭转弹簧的作用绕折叠帆300转动。优选地，第一夹角α的第二临界值为180°。即折叠帆300和非折叠帆200能够按照同平面的形式形成离轨帆。

如图2所示是该离轨装置在展开过程中的一种状态示意图。连接板400上的铰链400a带动折叠帆300绕非折叠帆200转动。折叠帆300上的第一骨架II300a-2在非折叠帆200上的俯视投影小于其真实的长度，即折叠帆300与非折叠帆200形成了第一夹角α。而折叠帆300上的第二骨架II300a-1绕折叠帆300上转动，而与非折叠帆200的第二侧边形成第二夹角β。第二夹角β的取值范围为0～90°。第二夹角β与第一夹角的对应关系为：第一夹角α小于第一临界值时，β为0度，即两根第一骨架I300a-1不饶折叠帆300转动。第一夹角α等于第一临界值，β趋近于0度，两根第一骨架I300a-1开始饶折叠帆300转动。如图2所示，第一夹角α等于第二临界值时，第二夹角β等于90°，此时两根第一骨架I300a-1与设置有连接板的第一侧边并行，折叠帆300完全展开并与非折叠帆200形成离轨帆。

优选地，在该离轨帆完全展开的情况下，其呈等腰三角形。第一骨架II300a-2及其上的第二骨架300b组成该等腰三角形的高。折叠帆300在完全展开形成三角形的结构至少有利于该离轨帆在抵抗空气阻力时具有稳定的形态。

实施例4

本实施公开一种离轨帆的展开方法。其是由实施例1或3提及的展开装置来完成。或者其是由实施例2提及的一种离轨帆来完成。

其一种优选的具体的展开方法如下：

首先，在第一夹角α小于第一临界值时，折叠帆300绕非折叠帆200的第一侧边转动，第一骨架I300a-1上的扣合体300d与非折叠帆200上的扣合孔200b滑动摩擦；

第二，折叠帆300绕非折叠帆200转动至第一夹角α等于第一临界值，第一骨架I300a-1上的扣合体300d与非折叠帆200上的扣合孔200b完全脱离接触，使得第一骨架I300a-1基于其连接的扭转弹簧绕折叠帆300转动，并与非折叠帆200的第二侧边200呈第二夹角β；

第三，第一骨架300a上各自的第二骨架300b在折叠帆300绕非折叠帆200过程中能够自动地与非折叠帆200脱离，从而也能够基于其连接的扭转弹簧绕第一骨架300a转动。第一骨架300a与其各自的第二骨架300b会在折叠帆300展开过程中呈现出第三夹角γ。第三夹角γ的最大值为180°，即在折叠帆300完全展开后，第一骨架300a和第二骨架300b共线。

该展开方法具有如下优势：能够将离轨帆外置于星体，而不占据星体的内部空间。现有技术是将离轨帆内置于星体的，这需要占据星内部分空间，且内置于星体内部容易在需要离轨时不容易展开。而本发明的折叠帆200折叠于非折叠帆300上。在发射前，折叠帆就折叠于非折叠帆上，以尽量减小体积；星体任务完成后，能够顺利展开，展开后能够保持固定的展开状态；展开后的框架应有足够的强度和刚度，在保证支撑能力的同时尽量减小对姿控的影响；离轨帆展开状态下有足够大的面质比。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种离轨帆展开装置，包括非折叠帆(200)和折叠帆(300)，所述非折叠帆(200)与所述折叠帆(300)可转动连接以形成驱使星体(100)离轨的离轨帆；

其特征在于，

所述折叠帆(300)包括在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的骨架，所述骨架中的至少一个能够在所述折叠帆(300)脱离所述非折叠帆(200)的部分约束的情况下以固定于折叠帆(300)的方式绕所述非折叠帆(200)转动，并且剩余部分的骨架以能够绕所述折叠帆(300)转动的方式相对所述非折叠帆(200)转动；

所述折叠帆(300)包括能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的至少一个第一骨架(300a)，

在所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边转动至所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)的第一夹角(α)为第一临界值的情况下，所述第一骨架(300a)中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕所述折叠帆(300)转动，并且所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边继续转动，从而所述第一夹角(α)继续增大至能够使得所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)形成所述离轨帆的第二临界值。

2.根据权利要求1所述的展开装置，其特征在于，所述折叠帆(300)包括能够在其呈折叠状态时用于折叠所述帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的至少一个第二骨架(300b)，

所述第二骨架(300b)至少一部分基于其与所述非折叠帆(200)的接触力按照能够绕所述第一骨架(300a)转动的方式折叠于所述第一骨架(300a)内，以使得在所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边转动的过程中，所述第二骨架(300b)按照能够增加所述离轨帆的展开面积的方式绕所述第一骨架(300a)转动。

3.根据权利要求2所述的展开装置，其特征在于，在所述折叠帆(300)展开过程中，所述折叠帆(300)的转动速度大于或等于所述第一骨架(300a)的转动速度；和/或

所述折叠帆(300)的转动速度大于或等于所述第二骨架(300b)的转动速度。

4.根据权利要求3所述的展开装置，其特征在于，所述折叠帆(300)包括第一骨架II(300a-2)和均布排列于所述第一骨架II(300a-2)两侧的至少两个第一骨架I(300a-1)，

其中，所述第一骨架II(300a-2)始终不绕所述折叠帆(300)转动，而所述至少两个第一骨架I(300a-1)在所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)的第一夹角(α)大于第一临界值的情况下绕所述折叠帆(300)同转速转动，以使得所述第一骨架II(300a-2)和所述第一骨架I(300a-1)能够在所述星体(100)飞行的过程中且在所述折叠帆(300)展开的过程中形成能够支撑所述帆体的支撑结构。

5.根据权利要求4所述的展开装置，其特征在于，所述非折叠帆(200)的第一帆面(200a)具有能够与所述第一骨架(300a)的扣合体(300d)相配合的扣合孔(200b)，

在所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边转动至所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)的第一夹角(α)小于所述第一临界值的情况下，所述扣合体(300d)与所述扣合孔(200b)彼此作用，以使得所述第一骨架(300a)不能绕所述折叠帆(300)转动。

6.根据权利要求5所述的展开装置，其特征在于，在所述折叠帆(300)处于折叠状态的情况下，呈折叠状态的所述折叠帆(300)的第二帆面(300c)与所述第一帆面(200a)彼此相对；

在所述非折叠帆(200)处于完全展开状态的情况下，呈完全展开状态的所述第二帆面(300c)与所述第一帆面(200a)形成迎风面或者被风面。

7.根据权利要求6所述的展开装置，其特征在于，所述折叠帆(300)在其展开过程中至少具有如下的中间姿态：

在所述第一夹角(α)小于第一临界值时，所述第一骨架I(300a-1)与所述非折叠帆(200)的第二侧边形成的第二夹角(β)为0°；或

在所述第一夹角(α)大于第一临界值且小于第二临界值时，所述第二夹角(β)按照其最大值小于90°的方式随所述第一夹角(α)的增大而增大；

在所述第一夹角(α)等于第二临界值时，所述第二夹角(β)等于90°；

其中，当所述第二夹角(β)随所述第一夹角(α)的增大而增大的过程中，所述第一骨架II(300a-2)内的第二骨架II(300b-2)的自由端能够以不触碰所述非折叠帆(200)的方式绕所述第一骨架II(300a-2)转动。

8.根据权利要求7所述的展开装置，其特征在于，所述非折叠帆(200)与所述折叠帆(300)之间设置有固定机构，用于在所述星体(100)飞行过程中将所述折叠帆(300)维持为折叠状态，

其中，所述固定机构能够响应于离轨指令自动解除所述非折叠帆(200)与所述折叠帆(300)的固接作用，以使得所述折叠帆(300)能够开始绕所述非折叠帆(200)的所述第一侧边转动。

9.一种用于离轨帆展开的折叠帆(300)，其能够在绕与连接在星体(100)上的非折叠帆(200)转动的过程中展开并与所述非折叠帆(200)形成离轨帆，其特征在于，

所述折叠帆(300)包括在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的骨架，所述骨架中的至少一个能够在所述折叠帆(300)脱离所述非折叠帆(200)的部分约束的情况下以固定于折叠帆(300)的方式绕所述非折叠帆(200)转动，并且剩余部分的骨架以能够绕所述折叠帆(300)转动的方式相对所述非折叠帆(200)转动；

所述折叠帆(300)包括能够在其呈折叠状态时用于折叠帆体的且在其呈展开状态用于支撑所述帆体的至少一个第一骨架(300a)，

在所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边转动至所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)的第一夹角(α)为第一临界值的情况下，所述第一骨架(300a)中的一个或多个按照其能够与第一侧边并行的方式开始绕所述折叠帆(300)转动，并且所述折叠帆(300)相对所述非折叠帆(200)的第一侧边继续转动，从而所述第一夹角(α)继续增大至能够使得所述折叠帆(300)与所述非折叠帆(200)形成所述离轨帆的第二临界值。

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