[发明专利]一种适于分块方形支撑杆型太阳帆帆面的折叠方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳帆帆面的折叠方法，尤其涉及一种适用于帆面为分块的方形帆、采用五点连接的支撑杆型太阳帆帆面的折叠方法。

背景技术

太阳帆是利用太阳光压进行宇宙航行的飞行器。在理想的情况下，太阳帆航天器不需要任何燃料，它可以从取之不尽的阳光中获得持续的推力飞向宇宙空间。只要形状和倾角适当，太阳帆可以飞向包括朝向光源在内的任何方向，在深空探测方面有极大的优越性。目前，美国、日本、俄罗斯和欧洲都开展了太阳帆相关技术的研究。

光子撞击太阳帆面并被完全反射回去，对太阳帆产生反作用力推动太阳帆进行宇宙航行，为了使太阳能提供足够的光压，太阳帆必须尽可能多地捕捉到太阳光，这就意味着帆的面积必须足够大；在发射时，由于发射空间有限，又需要将太阳帆贮存在较小的空间内。因此，需要对太阳帆的帆面进行合理的折叠，以保证太阳帆进入轨道后在空间的顺利展开。

太阳帆有多种分类方式：根据帆面形状不同，可以分为方形帆、圆形帆和叶形帆；根据展开方式不同，可分为自旋展开太阳帆和支撑杆型太阳帆，自旋展开太阳帆利用自旋离心力实现帆面的展开和帆面形状的保持，而支撑杆型太阳帆则是利用支撑杆实现帆面的展开及形状保持。太阳帆帆面形状巨大，通常将分块制造帆面。对于方形的支撑杆型太阳帆，通常沿方形帆的对角线方向将帆面分为四块等腰直角三角形帆面来分别制造，称其为帆面分块的太阳帆。对帆面分块的方形支撑杆型太阳帆，支撑杆和帆面有较常用的两种连接方式：第一种连接方式是将方形帆面四个顶点和中心点分别与支撑杆连接，称为五点连接，这种连接方式有利于帆面和支撑杆分别折叠，避免了展开时过多的相互干扰；第二种连接方式不仅将帆面四个顶点和中心点与支撑杆连接，而且将帆面边缘与支撑杆相邻处进行多点连接，将帆面与支撑杆连接为一个整体，这种连接方式要求帆面与支撑杆在折叠时相互配合，二者在展开时也会有较大的干扰。

日本IKAROS于2010年5月发射升空，成功实现了太阳帆的在轨展开。它对太阳帆面的整体进行折叠，利用自旋离心力实现帆面的分步展开，但是这种折叠方式仅适用于对整个方形帆面进行，对于帆面分块制造，分别折叠的太阳帆并不适合。美国于2010年11月发射的NanoSail-D太阳帆也成功进入近地轨道并进行了展开实验。NanoSail-D帆面采用分块制造，四块帆面分别进行简单的竖向Z型折叠之后，再一起卷在位于太阳帆中心的卷轴上，支撑杆与帆面采用五点连接方式。在支撑杆的拉力作用下，帆面迅速展开，但是仅适用于面积较小的帆面，展开初期出现帆面堆积的情况，对大面积太阳帆在帆面展开初期有可能出现帆面缠绕的状况，阻碍帆面的进一步展开。

由于太阳帆构型不同，以及帆面采用整体折叠或分块折叠的差异，帆面适合的折叠方式也有所不同。对于帆面分块且分别折叠的、利用支撑杆展开的大型方形太阳帆，目前没有较适合的折叠方式使得四块太阳帆面能够在支撑杆拉力作用下同步有序稳定的展开。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种适于分块方形支撑杆型太阳帆帆面的折叠方法，解决了帆面分块、采用五点连接式的大面积支撑杆型太阳帆帆面的折叠问题,折叠方式简单，展开过程稳定有序，提高了可靠性。

本发明的技术方案是：一种适于分块方形支撑杆型太阳帆帆面的折叠方法，包括如下步骤：

（1）将方形太阳帆帆面沿两个对角线方向分为四块等腰直角三角形帆面；

（2）每块三角形帆面分别按照以下方式进行折叠：