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首个卫星离轨帆将验证太空垃圾清理技术

文章来源:中国航天报 发布时间:2019-09-16

9月12日,在太原卫星发射中心,长征四号乙火箭成功实施了一箭三星发射,其中一颗搭载星为“金牛座纳星”,该星主载荷是卫星离轨帆装置,旨在验证薄膜帆高效收拢和在轨展开技术,并实测离轨效果。

卫星由51棋牌游戏中心八院805所所属上海埃依斯航天科技有限公司研制,离轨帆装置由集团公司空间结构与机构技术实验室(依托805所)研制,是我国首个标配式卫星离轨帆装置。

小身躯大效用,大大加速废弃航天器离轨

本次采用的2.5平方米的薄膜帆收拢成一个高尔夫球大小的模块,布置在小卫星发射筒内空隙部位。从外形看来,这个装置并不起眼,但这正是它的亮点之一。

805所设计师介绍,该装置采用了先进的微米级薄膜折叠收拢技术,展收比达到了国际一流水平,不占用小卫星的自身包络,可加装至各类成熟的小卫星平台,实现了真正的标配化设计理念。

离轨帆的主要功能是避免废弃航天器成为太空垃圾。据统计,目前地球轨道上因人类航天活动产生的空间碎片总数量达上亿个,总质量高达数千吨,对航天器的安全构成威胁。

国际上开展了多种旨在减缓空间碎片的研究,包括薄膜帆、电动力绳索、激光和太阳能等空间碎片清除技术。设计师介绍,在各类技术中,薄膜离轨帆技术成本低、成熟度高,并且可以在不同轨道和规格的各类航天器中适用,最有希望产业化应用。

设计师介绍,离轨帆装置随卫星一同入轨,在卫星寿命结束后启动帆面解锁指令,展开大面积薄膜帆面,利用增大的气动阻力,对卫星进行减速降轨,加速卫星轨道衰减,从而进入稠密大气层烧毁,达到太空垃圾清除目的。

以600千米高度50千克小卫星为例,若无离轨措施,寿命结束后占据轨道时间长达6.2年,而采用展开面积25平方米的薄膜帆,3个月就能返回稠密大气层,从而留出了宝贵的轨道资源。

低成本高水准,脱胎于深空探测太阳帆技术

薄膜帆作为一种轻质大面积薄膜结构,在相同的离轨效率下,其成本优势明显。相比于配置推力器等主动离轨装置,薄膜帆以不到航天器研制成本5%的代价,提供了有效的离轨手段。

设计师介绍,目前星座计划层出不穷,未来在近地轨道会发射越来越多的小卫星,25平方米的薄膜帆可以满足绝大部分低轨小卫星的快速离轨需求。并且,对于一些轨道更低、质量更小的卫星,该装置可以进一步小型化以降低成本。此外,设计团队正在针对不同轨道高度、不同质量卫星的离轨需求,开发标准型的系列化产品,成本有望进一步降低。

在开展此次验证试验之前,805所已做了十余年的相关技术储备。“十二五”期间,该所承担了国家民用航天预研项目“深空探测太阳帆技术”研究项目,提出了太阳极区探测的太阳帆方案,并突破了高性能复合材料支撑杆、柔性大变形结构动力学分析和大挠性结构展收控制等关键技术。在此基础上,针对市场上逐渐增多的小卫星和微纳卫星,并基于空间碎片减缓需求,该团队研制了标配式离轨薄膜帆产品。

805所相关负责人介绍,后续离轨帆装置相关技术专利将转让给下属埃依斯航天公司,由其进一步开发出适应当前航天市场需求的产业化产品。(赵聪)

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