一种太阳电池阵结构及展开方法与流程

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种太阳电池阵结构及展开方法。

背景技术：

太阳电池阵简称太阳阵(solararray)，是航天器上的太阳能电池组成的阵列，由多个带盖片的单体太阳电池按供电要求以串、并联方式组成。它有着功率大、寿命长、质量小、构造简单、可靠等一系列优点，在宇宙空间中，它能吸收太阳的辐射能并将其转化为电能，为在轨航天器提供动力源。为了在不增加航天器负担的条件下更大程度地增大太阳阵的面积，增大功质比，以达到更大功率，太阳电池阵通常采用可展开的结构。

传统可展开太阳电池阵结构一般使用碳纤维蒙皮的铝蜂窝板作为基板，并通过扭簧板间铰链提供展开驱动力并实现锁定，通过设置压紧杆和火工切割器实现压紧释放。但传统方案具有以下不足：

1.基板厚重：一般基板厚度在25mm左右，且两两基板间留有20-30mm的空隙，导致整翼收拢厚度较厚。对于功率需求高的微小卫星而言，帆板甚至会比卫星本体更厚重，占据了宝贵的整流罩空间；与此同时，对于单翼式展开构型的星体，传统帆板展开后会导致重心大幅度偏移，且展开基频较低，为姿轨控方案的设计增加难度；

2.压紧点需求较多：传统太阳电池阵结构采用压紧杆+切割器实现太阳电池阵结构与机构的收拢与释放，但为保证收拢刚度，压紧点的数量会随着帆板尺寸的增大而增多。压紧点均需要配备切割装置，切割装置的增加不仅降低了系统的可靠性，并且占据了星上电能资源。

技术实现要素：

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种太阳电池阵结构，布置于卫星的上表面，包括：

至少一块半刚性基板，所述半刚性基板的第一表面上布置有太阳电池电路；

至少一块缓冲基板，与所述半刚性基板交错布置以形成可折叠结构；

压紧点，位于所述半刚性基板及缓冲基板上，包括压紧杆及切割器，所述压紧点用于收拢及展开由所述半刚性基板及缓冲基板形成的可折叠结构，其中，所述压紧杆用于保证当所述太阳电池阵结构压紧时，相邻的半刚性基板及缓冲基板两两紧贴，所述切割器用于在需要展开时切断所述压紧杆；以及

展开锁定机构，具有剪式结构体，所述剪式结构体的中心点铰接于所述半刚性基板与缓冲基板连接边的中心处，所述锁定机构的末端固定于卫星的上表面。

进一步地，所述缓冲基板的第一边与上层半刚性基板的第二边可转动地连接，所述缓冲基板的第二边与下层半刚性基板的第一边可转动地连接。

进一步地，所述半刚性基板的材料为碳纤维复合材料。

进一步地，所述半刚性基板的厚度为2mm。

进一步地，所述半刚性基板的第一表面覆盖有聚酰亚胺薄膜。

进一步地，所述压紧点还可用于星间分离。

本发明另一方面提供一种所述太阳电池阵结构的展开方法，包括：

接收到卫星分离响应指令后，解除所述压紧点的约束，并在所述展开锁定机构的驱动下，展开至预定位置并锁定。

进一步地，所述压紧点的约束的解除包括：所述切割器起爆，切断所述压紧杆，解除对太阳电池阵结构的压紧状态。

本发明提供的一种太阳电池阵结构及展开方法，以碳纤维复合材料基板代替传统碳纤维铝蜂窝基板，并通过使用剪式展开锁定机构驱动基板展开并提供展开刚度，相比于传统刚性太阳电池阵结构与机构，该方案具有重量轻，收拢厚度小的优点。此外，所述太阳电池阵结构可与星间分离装置共用压紧点，占用火工切割器资源少，成本低，适用于一箭多星的层叠式卫星构型。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构的结构示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构的收拢状态示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构的展开状态示意图；

图4示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构的收拢压紧于卫星上的状态示意图；以及

图5示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构在层叠式卫星构型中的状态示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了弥补了传统可展开太阳电池阵结构的不足，本发明提供一种太阳电池阵结构及展开方法，下面结合实施例附图，对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种太阳电池阵结构的结构示意图。如图1所示，一种太阳电池阵结构001，包括半刚性基板101、缓冲基板102、压紧点103以及展开锁定机构104。

所述半刚性基板101有至少一块，且所述半刚性基板101的第一表面上布置有太阳电池电路。为了降低太阳电池阵结构的重量，在本发明的一个实施例中，所述半刚性基板101的材料为碳纤维复合材料，在本发明的又一个实施例中，所述半刚性基板101的厚度为2mm。为了保证所述太阳电池电路与半刚性基板的电绝缘性，在本发明的一个实施例中，所述半刚性基板的第一表面，即布置有太阳电池电路的一侧表面覆盖有聚酰亚胺薄膜。

所述缓冲基板102有至少一块，所述缓冲基板102与所述半刚性基板101交错布置，以形成可折叠结构，具体来说，所述缓冲基板102的第一边与上层半刚性基板的第二边可转动地连接，所述缓冲基板的第二边与下层半刚性基板的第一边可转动地连接。所述缓冲基板102主要用于保护所述太阳电池电路，避免其在收拢状态下受到压力损伤。

所述压紧点103位于所述半刚性基板102及缓冲基板103上，在本发明的一个实施例中，所述压紧点103有四个，分别位于所述半刚性基板102及缓冲基板103的四个顶点附近。所述压紧点103包括压紧杆及切割器，所述压紧点用于收拢及展开由所述半刚性基板及缓冲基板形成的可折叠结构，其中，所述压紧杆用于保证当所述太阳电池阵结构压紧时，相邻的半刚性基板及缓冲基板两两紧贴，如图2所示；以及，所述切割器用于在需要展开所述太阳电池阵结构时，切断所述压紧杆。在本发明的一个实施例中，当所述太阳电池阵结构应用于如图5所示的一箭多星的层叠式卫星构型上时，所述太阳电池阵结构001夹在卫星本体501与上层卫星502之间，所述压紧点103还可用于星间分离。

所述展开锁定机构104具有剪式结构体，所述剪式结构体的中心点铰接于所述半刚性基板与缓冲基板连接边的中心处，所述剪式结构体能够展开至指定角度，并锁定，所述太阳电池阵结构的展开状态如图3所示。所述太阳电池阵结构通过所述锁定机构固定于卫星的上表面，所述太阳电池阵结构001收拢压紧于卫星501上的状态如图4所示。

当接收到卫星分离指令后，解除所述压紧点的约束，并在所述展开锁定机构的驱动下，所述太阳电池阵结构可展开至预定位置并锁定。在本发明的一个实施例中，所述压紧点的约束的解除具体来说包括，当接收到卫星分离指令后，所述切割器起爆，切断所述压紧杆，解除对太阳电池阵结构的压紧状态。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。