中科院研發(fā)“太空卷紙術(shù)” 破解太陽帆收納難題

早已經(jīng)公開的太陽帆技術(shù)作為低成本、長壽命的航天器，被視為人類探索太陽系外的潛力載體，但其超大面積帆面的支撐結(jié)構(gòu)需同時滿足“高收納比”和“可靠展開”的矛盾需求。

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的最新研究，為這一難題提供了突破性解決方案。

科研團(tuán)隊研制出小尺寸截面、輕質(zhì)高剛度的可展收復(fù)合材料伸展臂（DCB），并建立了精準(zhǔn)的力學(xué)分析模型。

團(tuán)隊在經(jīng)典薄壁梁理論基礎(chǔ)上引入非線性修正項，首次完整描述了臂桿從初始狀態(tài)到壓平、卷繞的全過程變形，重點(diǎn)考慮了材料中性軸拉伸、曲率變化及接觸摩擦等關(guān)鍵因素。

通過高精度數(shù)值模擬，研究揭示了卷收過程的力學(xué)規(guī)律：卷收過渡區(qū)為應(yīng)力“熱點(diǎn)”，最大應(yīng)力集中于下層結(jié)構(gòu)最外層側(cè)弧拐點(diǎn)；下層應(yīng)力普遍高于上層，外層材料承受應(yīng)力遠(yuǎn)大于內(nèi)、中層，而中層因厚度優(yōu)勢展現(xiàn)更穩(wěn)定的承載性能。

為驗證理論，團(tuán)隊搭建專屬實(shí)驗平臺，測量不同卷收角度下的應(yīng)變值和扭矩。結(jié)果顯示，實(shí)驗數(shù)據(jù)與理論預(yù)測及仿真結(jié)果高度吻合，證實(shí)了模型有效性。

該研究為未來設(shè)計和優(yōu)化此類高性能、高收納比的太空可展開結(jié)構(gòu)提供了重要的理論依據(jù)和設(shè)計指導(dǎo)。