虽然目前国内外提出了多种离轨装置，但是在轨完成演示验证的只有制动帆装置。制动 帆装置由于其结构简单、成本低、可靠性高等优点，越来越受到国外众多高校及研究所的关 注。近年来，国内外学者又在展开帆可靠性以及适用性方面做了大量的研究工作，希望早日 为立方体卫星配备可靠性高的离轨装置。69392

LightSail 是一个基于 3 U 立方体卫星平台的太阳帆，由行星协会提供资金技术支持。该 项目主要致力于发掘更多太阳帆的相关技术，但是其在入轨完成相关任务后，通过调整立方 体卫星的姿态，使帆面垂直于速度方向，增加卫星所受到的大气阻力，从而实现制动帆装置 的功能[5][6]。如图 1.1 所示，Lightsail 装置主要由桅杆、薄膜帆、装配板、压紧装置等组成， 其中单个桅杆长 4m，装置展开面积可达到 32 ㎡。薄膜帆选择两个方向的 Z 型折叠方式。折 痕的宽度从中心到外部进行变化，产生楔形的横截面，以适应帆的储存容器。桅杆选用 trac 材料，由两片呈 C 型的铜铍合金金属带组成，并且将两片的一端焊接起来，使桅杆从截面方 向看去背靠背形成一个倒置的 V 型。压紧装置用来约束装置内部为展开的桅杆卷，同时 4 对 聚甲醛滚轴安装在靠近装置四个角的地方，用来引导桅杆向装置外部延伸。卷曲的桅杆在释 放时产生的正交力会使桅杆紧贴在压紧器端部的滚子上。压紧器依靠与之相连的弹簧钢片， 产生反作用力，作用于卷曲的桅杆上。避免桅杆在释放时发生“爆开”卡死的情况。装置主要 通过无刷直流电机带动中间转轴旋转，从而释放桅杆。由于卷起的桅杆具有很强大的弹性势 能，在电机未通电时，lightsail 装置利用蜗杆传动（电机输出轴与蜗杆相连）齿轮端不能带动 蜗杆转动的特性，这样不仅降低了转速并且有效约束了中间轴的转动。

NanoSail-D 是目前唯一公开报道成功在轨演示的制动帆装置。NanoSail-D 卫星于 2011 年 1 月 17 日被美国国家航空宇航局的 FASTSAT-HSV01 号卫星释放，展开 3 天后于 2011 年 1 月 20 日成为美国在太空中部署的第一个制动帆装置。NanoSail-D 没有任何自主的高度和姿态 控制系统，地面控制站为其飞行数据的唯一来源。NanoSail-D 制动帆装置采用模块化设计， 降低了其研制时间[6]。帆的子系统主要分为两个不同的部件——帆装配体和桅杆机构装配体。 整个装置大小占用立方体卫星星上 2 个单元（20cm×10cm×10cm）。该装置主要由内部旋转 的桅杆卷轴储存的应变能提供驱动力，从而展开桅杆和制动帆帆面。装置内的四根桅杆每根 长 2.2m，展开后，制动帆面积约为 10 ㎡。NanoSail-D 的帆采用 2005 年 NASA 测试过的一块 400 ㎡的太阳帆上取下的一部分[7]，其地面展开测试如图 1.2。帆的材料是 2μm 的 CP1，正面 采用 1000A 的镀铝，剩下裸露的 CP1 在背面。CP1 拥有广泛的工作温度（从深冷到 250℃）， 而且可以抵挡紫外线。

萨利大学所研制的 CubeSail 是一个基于 3U 立方体卫星平台所研制的太阳帆装置，在卫 星任务初期，通过该装置可以实现立方体卫星轨道倾角的微小变化。与 LightSail 一致，该装 置在任务结束后也实现了制动帆装置的功能[7]。CubeSail 桅杆伸出长度为 3.6m 展开面积约为 25 ㎡。由于卷尺带弹簧片具有柔韧弹性大的特征论文网，这使得卷尺带弹簧虽然绕在主轴上，但它 被释放后任然能回归原来的样子，为此两片弹簧片面对面连接在一起，此外，CubeSail 选择 4 象限的薄膜帆通过四根桅杆从四个角上将制动帆拉出设计方案，从而保证薄膜帆能够顺利

展开。为了支撑四象限的制动帆，桅杆从一个 0.4U 的隔间中伸出，同时展开缠绕在中心轴上 的制动帆薄膜。如图 1.3 所示。