近日，中國科學院沈陽自動化研究所研制的“天帆一號”（SIASAIL-I）太陽帆，搭載長沙天儀研究院瀟湘一號 07 衛星，在軌成功驗證了多項太陽帆關鍵技術。瀟湘一號 07 衛星于 8 月 31 日在中國酒泉衛星發射中心成功發射，“天帆一號”作為該衛星的主任務，近期順利開展了系列關鍵技術試驗，將為后續大型太陽帆研發提供技術支持。

天帆一號在軌飛行效果圖

太陽帆是利用太陽在薄膜上的反射光壓提供動力的航天器，在航行過程中不需消耗額外化學燃料和工作介質，具有質量小、收展比大、成本低、功耗低、航程長的特點。太陽帆技術難度大、涉及的學科門類多。國際上，日、美、英等國家相繼成功在軌開展了太陽帆的技術和應用研究；國內，有多家單位也開展了太陽帆相關研究工作，沈陽自動化所首次在軌成功進行了關鍵技術試驗。

在國家自然科學基金、國家“萬人計劃”、中國科學院“百人計劃”等項目資助下，沈陽自動化所從 2011 年開始，便開展了空間柔性展開機構的相關研發工作，“天帆一號”是其中第一款飛行產品。“天帆一號”太陽帆將柔性膜折疊存儲在展開機構內部，發射前大小不到 0.5U，在瀟湘一號 07 星衛星平臺正常入軌之后，通過兩級組合展開的方式開展技術驗證。一級展開釋放采用了熱切割和被動釋放機構，通過儲能裝置將太陽帆帆體從衛星平臺中推出并翻轉 90 度；二級展開機構采用主動驅動伸出四根雙穩態帆桁，逐漸展開聚酰亞胺帆膜形成光帆，帆膜展開尺寸約為 0.6 平方米。

天帆一號兩級展開過程示意圖

“天帆一號”在軌試驗由沈陽自動化所和天儀研究院聯合完成。沈陽自動化所研究員劉金國被天儀研究院聘為該衛星的總設計師，帶領團隊開展太陽帆的總體設計、技術驗證和環境試驗工作；天儀研究院為天帆一號提供衛星平臺、搭載發射和測控通訊等相關保障。

從當前在軌返回的數據和圖片表明，“天帆一號”太陽帆關鍵技術試驗進展順利，在軌驗證了微小衛星兩級主被動展開系統、多帆桁同步展開機構、可展開雙穩態桿技術、柔性帆膜材料、帆膜折疊展開技術等多項關鍵技術，標志著太陽帆關鍵技術試驗驗證任務取得圓滿成功。展開機構的相關研究成果將于 2019 年 55 卷 21 期《機械工程學報》以封面論文形式發表。

此外，在本次任務中，“天帆一號”還將開展機構壽命、材料特性和軌道高度等研究，驗證其離軌能力并探究其在空間碎片減緩中的潛在應用。

天帆一號在軌展開過程中的部分照片

太陽帆被廣大學者和專家認為是目前極具可能到達太陽系外的航天器，在小行星探測、地磁暴監測、太陽極地探測及空間碎片清除等方面具有廣泛的應用前景。大型太陽帆被認為是未來行星間航行的關鍵手段，在空間科學探測中將發揮重要作用。在此次試驗的基礎上，沈陽自動化所將進一步開展相關工作，并加強和國內外相關單位合作，推進該方向的發展，爭取早日實現我國首個基于太陽帆的空間科學探測任務。