技术摘要：
本发明属于航天器离轨领域，具体涉及一种应用于立卫星的制动帆离轨装置。包括自上而下依次设置的帆存储装置、驱动装置、展开装置和锁紧装置；帆存储装置中存储薄膜帆；展开装置包括四根带状弹性桅杆和桅杆中心轴，带状弹性桅杆的延伸段和薄膜帆连接，带状弹性桅杆的固  全部
背景技术：
立方星(Cubesat)是由加州理工大学和斯坦福大学于1999年共同提出的一种立方 星标准。它是一种体积和形状标准化的立方星，基本单元为10cm×10cm×10cm的立方体，通 常称为1U立方星，增加相应的单元数后又称为2U立方星，3U立方星等，结构简单。 立方星以其成本低、研制周期短、功能密度大等一系列优点，逐渐成为国内外的研 究热点，可见在未来，立方星的发射数量将成“井喷”式增长。这些立方体卫星通常分布在低 地球轨道上，在完成任务后如果不对其进行离轨处理，这些失效的立方星将成为空间碎片， 导致近地轨道将越来越“拥挤”，严重威胁其他正常运作的航天器并制约未来航天技术的发 展。目前，空间碎片的数量以每年约5％的速度在增长，它们不停地围绕着地球高速运动，在 地球周围形成了独特的空间碎片环境。在近地轨道，空间碎片的飞行速度一般都在几千米 每秒，与航天器发生碰撞时，相对速度可达到10km/s以上，直径为1cm的空间碎片就能对正 常工作的航天器构成致命的损伤。此外，空间碎片和其他物体之间的碰撞会产生大量新的 空间碎片，同时又增加了发生碰撞的风险，形成一个恶性循环。 为了减少空间碎片数量，保障航天器在轨运行环境，机构空间碎片协调委员会出 版了《空间碎片减缓指南》，建议航天器在完成任务后25年内或者入轨后30年内应脱离轨 道。因此，在未来立方体卫星研制过程中，必须充分考虑卫星的在轨飞行时间以及配备相应 的卫星离轨技术，从而确保立方星在完成飞行任务后快速脱离轨道，避免成为太空碎片，保 障空间资源的可持续利用。 制动帆离轨技术通过支撑桅杆伸展薄膜形成各种形状的帆，增加速度方向的卫星 截面积，从而增加卫星所受到的大气阻力作用，加速卫星离轨。该方式具有结构简单、成本 低等特点，可适用于近地轨道的立方星。 国内传统的制动帆离轨技术展开方式主要是依赖于桅杆自身储存的弹性应变能 展开制动帆，该方法展开的可靠性较差，尤其当帆面积较大或储存时间较长时，很难达到理 想的展开效果，进而会影响立方星的离轨时间。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种应用于立方星的制动帆离轨装置，适用于运行于中低 轨道的立方星的离轨，解决了部分立方星在完成任务后无法在规定时间内离轨从而成为空 间碎片影响其他卫星正常工作的问题。 实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于立卫星的制动帆离轨装置，包括 自上而下依次设置的帆存储装置、驱动装置、展开装置和锁紧装置。 所述展开装置包括四根带状弹性桅杆和桅杆中心轴，所述带状弹性桅杆的延伸段 和薄膜帆连接，所述带状弹性桅杆的固定端缠绕在桅杆中心轴上；缠绕的四根带状弹性桅 4 CN 111591471 A 说　明　书 2/5 页 杆展开，从而带动与其连接的薄膜帆展开； 所述驱动装置用于驱动展开装置中带状弹性桅杆的展开； 所述锁紧装置用于锁紧状态时，展开装置的锁紧。 进一步的，所述帆存储装置还包括：设置在帆存储装置侧面呈四个梯形槽型的帆 存储仓，薄膜帆固定块； 所述薄膜帆存储在帆存储仓内，且薄膜帆的一角通过薄膜帆固定块固定于帆存储 仓的中心结构上。 进一步的，所述帆存储仓和薄膜帆固定块上分别设有三角凹槽和三角凸台，从而 避免薄膜帆固定处脱出。 进一步的，所述展开装置还包括外壳体，端盖，四个压紧机构，四对摩擦轮和四对 摩擦轮轴； 所述展开装置呈中心对称结构，四对摩擦轮固连在摩擦轮轴上，且通过外壳体和 端盖上的第三轴承槽定位在展开装置的四角相同位置上，每对摩擦轮之间留有1-2mm间隙； 所述桅杆中心轴定位在展开装置的中心处，可绕中心旋转，所述桅杆中心轴圆周 方向均匀布置四对螺纹孔，用于固定带状弹性桅杆； 所述压紧机构定位中心设置在每两对摩擦轮之间，可绕定位中心旋转，用于将带 状弹性桅杆压紧，以防带状弹性桅杆在收缩状态时在装置内部“炸开”； 所述四根带状弹性桅杆顺时针缠绕在桅杆中心轴上，展开时展开段通过每对摩擦 轮之间间隙，依靠摩擦轮提供的动力向外延伸。 进一步的，所述压紧机构包括导向滚轮，支撑板和一对扭转弹簧； 所述支撑板一侧开有导向滚轮安装槽，用以安装导向滚轮，另一侧开有两个扭转 弹簧安装槽；两侧均设有通孔，分别穿过导向滚轮连接螺栓和支撑板的定位螺栓； 所述导向滚轮上下两侧开设轴承槽装配轴承；扭转弹簧一边由支撑板限位，另一 边由装置联接螺栓限位，用以提供压紧机构向带状弹性桅杆传递的压紧力。 进一步的，所述外壳体内部中心设有第二凸台，用于装配滚动轴承，将桅杆中心轴 定位在装置中心； 所述外壳体底部四角相同位置上设有四对轴承槽，用于定位摩擦轮轴；摩擦轮轴 在第一轴承槽内的第三通孔28穿出； 在所述外壳体的四个侧边上设有凹槽，用于带状弹性桅杆的伸出和展开； 外壳体的外部中心和四角位置分别设有凸台和轴承槽以装配滚动轴承；每两对轴 承槽之间留有定位压紧机构的沉头孔，四个沉头孔沿中心对称分布。 进一步的，所述端盖中心依次设有第四轴承槽、桅杆中心轴伸出孔，用于定位、固 定桅杆中心轴； 端盖的四角相应位置上设有轴承孔，装配滚动轴承，用于定位、固定摩擦轮轴； 进一步的，所述摩擦轮轴为阶梯轴，其中与摩擦轮和摩擦轮齿轮配合的部分截面 为D型，以传递动力。 进一步的，所述驱动装置包括电机，中心大齿轮和摩擦轮齿轮； 所述电机的输出轴为D型轴，所述D型轴通过D型孔与中心大齿轮相连接，将电机动 力传递给中心大齿轮； 5 CN 111591471 A 说　明　书 3/5 页 所述摩擦轮齿轮为小齿轮，中心开有D型通孔与摩擦轮轴配合，摩擦轮齿轮与中心 大齿轮啮合，将动力传递到摩擦轮上。 进一步的，所述锁紧装置包括一对锁紧夹块和一对拉簧； 所述拉簧一端和端盖的下表面的打有第二通孔的第一凸台连接，另一端和锁紧夹 块侧面的带有第一通孔的凸台连接； 所述锁紧夹块底部设有正六边形凹槽，所述桅杆中心轴顶部设有正六边形凸台， 与锁紧夹块底部设有正六边形凹槽配合，用于锁紧桅杆中心轴； 所述锁紧夹块外侧圆周方向设有环形槽，用于尼龙绳将锁紧夹块锁紧； 还包括烧线模块，用于锁紧夹块圆周方向的尼龙绳烧断，此时两锁紧夹块在与其 固连的拉簧作用下相互分离，锁紧装置解锁。 本发明与现有技术相比，其显著优点在于： (1)本发明体积小、质量轻，符合立方星小型化、轻量化的设计要求，适用于运行于 中低轨道的立方星的离轨，解决了部分立方星在完成任务后无法在规定时间内离轨从而成 为空间碎片影响其他卫星正常工作的问题； (2)本发明在装置中加入动力源，且展开过程可控，可进一步提高制动帆展开可靠 性； (3)本发明在装置展开的可靠性得以保证的基础上，可进一步扩大制动帆面积，提 高制动帆离轨装置的适用范围； (4)本发明结构紧凑、主框架结构完整性好，抗冲击抗振动能力强，可保证装置正 常工作； (5)本发明结构简单，加工成本低，非常适用于短任务周期的立方星； (6)本发明可扩展增加扩展电路及模块化电源，提高装置独立性，在不干扰其他系 统的同时保证离轨系统的可靠性。 附图说明 图1为本发明离轨装置装配完毕状态的外部结构示意图。 图2为本发明的存储装置结构示意图。 图3为本发明展开装置的立体示意图。 图4为本发明压紧机构的结构示意图。 图5为本发明展开装置的外壳体结构示意图；其中图(a)为外壳体内部结构示意 图，图(b)为外壳体外部结构示意图。 图6为本发明展开装置的端盖结构示意图。 图7为本发明驱动装置俯视图。 图8为本发明锁紧装置的结构示意图。 图9为本发明桅杆中心轴的结构示意图。 附图标记说明： 1-帆存储仓，2-薄膜帆固定块，3-薄膜帆，4-帆存储装置，5-展开装置，6-桅杆中心 轴，7-带状弹性桅杆，8-摩擦轮，9-摩擦轮轴，10-支撑板，11-导向滚轮，12-压紧机构，13-摩 擦轮齿轮，14-中心大齿轮，15-驱动装置，16-锁紧装置，17-锁紧夹块，18-环形槽，19-第一 6 CN 111591471 A 说　明　书 4/5 页 通孔，20-第二通孔，21-第一凸台，22-端盖，23-外壳体，24-凹槽，25-第二凸台，26-第一轴 承槽，27-第二轴承槽，28-第三通孔，29-沉头孔，30-第三凸台,31-桅杆中心轴伸出孔，32- 第三轴承槽，33-正六边形凸台，34-拉簧，35-扭转弹簧，36-第四通孔，37-螺纹孔，38-三角 凸台，39-三角凹槽，40-第四轴承槽。