一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星的制作方法

本发明涉及一种微纳卫星，具体涉及一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星。

背景技术：

近年来，随着微机电系统(mems)技术的发展，重量轻、体积小、功能密度高的微纳卫星成为了航天领域研究和发展的重点。微纳卫星在结构上一般设计为正方体或长方体，并在星体外表面上安装有太阳能电池片，该太阳能电池片通常用于将来自于太阳的光能转化为电能为微纳卫星供电。

随着微纳卫星技术的不断发展，星上载荷的功率需求也不断增大。在传统技术下，由于微纳卫星本身体积和形状的约束，可铺设的太阳能电池片面积受限，且太阳能电池片的光电转换效率短时间内无法显著提高，星上可提供的最大功率受到限制，成为了阻碍微纳卫星技术进一步发展的技术壁垒。

因此，需要开发一种新的可提高微纳卫星电源最大供给功率的技术方案来解决上述问题。

技术实现要素：

为弥补现有技术的不足，本申请提供一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星。该微纳卫星在无需特意改变现有微纳卫星本体的外形结构、不影响现有微纳卫星与弹射装置接口的情况下，可显著增加微纳卫星太阳能电池片部署面积并提高微纳卫星电源最大供给功率。该技术方案简单有效、实现成本低并且便于工程实现。

本申请一方面在于提供一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星，该微纳卫星包括：星体主结构、上顶板、下底板、侧面展开板和扇形太阳能电池阵。上顶板安装于星体主结构的上端面。下底板安装于星体主结构的下端面。侧面展开板的上部与上顶板通过弹簧合页连接，侧面展开板的侧部与扇形太阳能电池阵的侧部连接，侧面展开板的下部与下底板可锁紧可释放地连接。

在一些实施例中，下底板进一步包括锁紧释放装置，侧面展开板的下部进一步包括凸起结构；当侧面展开板的下部与下底板锁紧连接时，凸起结构被锁紧释放装置锁定；当侧面展开板的下部与下底板释放连接时，凸起结构与锁紧释放装置脱开。

在一些实施例中，该微纳卫星进一步包括星载计算机，星载计算机与锁紧释放装置有信号连接，信号用以控制锁紧释放装置。

在一些实施例中，扇形太阳能电池阵为扇形薄膜太阳能电池阵，扇形太阳能电池阵包括柔性衬底和薄膜太阳能电池片，薄膜太阳能电池片铺设于柔性衬底上。

进一步的，在一些实施例中，柔性衬底由若干个小型扇形衬底组成，每个小型扇形衬底表面铺设有小于小型扇形衬底面积的薄膜太阳能电池片。

进一步的，在一些实施例中，柔性衬底由若干个角度相等、形状相同的小型扇形衬底组成，薄膜太阳能电池片为扇形薄膜太阳能电池片。

在一些实施例中，上顶板进一步包括集成输电接口，集成输电接口与扇形太阳能电池阵通过导线连接。

进一步的，在一些实施例中，上顶板进一步包括上顶板太阳能电池阵，上顶板太阳能电池阵安装于上顶板的表面，并于集成输电接口通过导线连接。

进一步的，在一些实施例中，侧面展开板进一步包括侧面展开板太阳能电池阵，侧面展开板太阳能电池阵安装于侧面展开板的表面，并于集成输电接口通过导线连接。

在一些实施例中，星体主结构为包括有弧形侧棱的空心棱柱结构。

附图说明

通过结合附图对于本申请的实施方式进行描述，可以更好地理解本申请，在附图中：

图1为本申请的一个实施例中的一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星的扇形太阳能电池阵展开状态示意图；

图2为图1所示的实施例中的微纳卫星的侧面展开板、上顶板以及扇形太阳能电池阵在展开状态下的连接示意仰视图；

图3为图1所示的实施例中的微纳卫星的扇形太阳能电池阵收拢状态示意图；

图4为图1所示的实施例中的侧面展开板与扇形太阳能电池阵的展开过程示意图；

图5为本申请的一个实施例中的下底板的内表面示意图。

图6为本申请的一个实施例中的扇形太阳能电池阵的示意图；

图7为本申请的一个实施例中的星体主结构的示意图；

图8为本申请的一个实施例中的星体主结构、侧面展开板和扇形太阳能电池阵在收拢状态下的位置示意图。

附图标号说明：

100：微纳卫星；

110：星体主结构；

120：上顶板；

121：集成输电接口；

122：上顶板太阳能电池阵；

130：下底板；

131：锁紧释放装置；

140：侧面展开板；

141：侧面展开板太阳能电池阵；

142：凸起结构；

150：扇形太阳能电池阵；

160：弹簧合页；

530：下底板；

531：信号交互接口；

532：槽口；

650：扇形太阳能电池阵；

651：柔性衬底；

652：薄膜太阳能电池片；

653：小型扇形衬底；

710：星体主结构；

711：弧形侧棱；

712：合页安装开口；

810：星体主结构；

811：弧形侧棱；

840：侧面展开板；

850：扇形太阳能电池阵。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。

如图1所示的本申请的一个示范性实施例涉及一种具有可展开式太阳能电池阵的微纳卫星100，该微纳卫星100包括：星体主结构110、上顶板120、下底板130、侧面展开板140和扇形太阳能电池阵150。上顶板120安装于星体主结构110的上端面。下底板130安装于星体主结构110的下端面。侧面展开板140的上部与上顶板120通过弹簧合页160连接，侧面展开板140的侧部与扇形太阳能电池阵150的侧部连接。图1所示的实施例中的侧面展开板140、上顶板120以及扇形太阳能电池阵150的连接方式由图2示出。侧面展开板140的下部与下底板130可锁紧可释放地连接。在一些实施例中，侧面展开板140的形状为长方形。在另一些实施例中，弹簧合页160具有两块页片，分别安装在侧面展开板140的上部和上顶板120上。

在一些实施例中，上顶板120进一步包括集成输电接口121，集成输电接口121与扇形太阳能电池阵150通过导线连接。该集成输电接口121可以用于将电能传输给星内安装的电池和其他设备。在一些具体的实施例中，集成输电接口121与扇形太阳能电池阵150通过在扇形太阳能电池阵150的扇形顶点处伸出的输电导线相连，该导线用于将扇形太阳能电池阵150通过光电转换产生的电流输出。在一些实施例中，上顶板120进一步包括上顶板太阳能电池阵122，上顶板太阳能电池阵122安装于上顶板120的表面，并于集成输电接口121通过导线连接。

在一些实施例中，侧面展开板140进一步包括侧面展开板太阳能电池阵141，侧面展开板太阳能电池阵141安装于侧面展开板140的表面，并与集成输电接口121通过导线连接。

具体的说，在如图1和图2所示的示范性实施例中，微纳卫星100包括四块形状相同的侧面展开板140和四个形状相同的扇形太阳能电池阵150。四块侧面展开板140和四个扇形太阳能电池阵150依次间隔地相连，每块侧面展开板140的两个侧部分别与相邻的扇形太阳能电池阵150的侧部连接。当扇形太阳能电池阵150处于展开状态时，四块侧面展开板140呈十字辐射状，其所在平面与星体主结构110的侧面相垂直，四块侧面展开板140和四个扇形太阳能电池阵150的外边缘的形状近似圆形。

在一些实施例中，下底板130进一步包括锁紧释放装置131，侧面展开板140的下部进一步包括凸起结构142。当侧面展开板140的下部与下底板130锁紧连接时，凸起结构142被锁紧释放装置131锁定，微纳卫星100的太阳能电池阵处于收拢状态。图3示出了一个微纳卫星的扇形太阳能电池阵处于收拢状态的示范性实施例。而当侧面展开板140的下部与下底板130释放连接时，凸起结构142与锁紧释放装置131脱开。

具体的说，在如图1、图2和图3所示的实施例中，当侧面展开板140的下部与下底板130锁紧连接时，凸起结构142被锁紧释放装置131锁定，弹簧合页160处于受压状态，其张角近似90度，弹簧储存有一定的弹性势能，此时扇形太阳能电池阵150处于收拢状态。当在空间微重力环境下，侧面展开板140的下部与下底板130释放连接时，凸起结构142与锁紧释放装置131脱开，弹簧合页160的弹性势能被释放，并恢复自然展开状态，其张角约为180度，同时，侧面展开板140在弹簧合页160的牵引下缓慢展开至与星体主结构110的侧面垂直，从而使扇形太阳能电池阵150处于展开状态。其中，侧面展开板140与扇形太阳能电池阵150的展开过程示意如图4所示。

在另一些实施例中，该微纳卫星100进一步包括星载计算机，星载计算机与锁紧释放装置131有信号连接，该信号用以控制锁紧释放装置131。当侧面展开板140的凸起结构142插入锁紧释放装置131时，锁紧释放装置131自动对其进行锁定。而当锁紧释放装置131收到星载计算机发出的释放信号后则自动释放侧面展开板140，使侧面展开板140与锁紧释放装置131脱开。侧面展开板140与锁紧释放装置131脱开后，在弹簧合页160的驱动下展开，同时带动扇形太阳能电池阵150展开。在如图5所示的下底板530的一个具体实施例中，下底板530朝向星体主结构方向的内表面安装有与星载计算机进行信号交互的接口531。在该实施例中，下底板530内部集成有锁紧释放装置，且下底板530的四个侧面均开有用于使侧面展开板的凸起结构可以插入锁紧释放装置的槽口532，当侧面展开板的凸起结构插入槽口532内后，锁紧释放装置将自动对其进行锁定。

在一些实施例中，扇形太阳能电池阵650的结构如图6所示。扇形太阳能电池阵650为扇形薄膜太阳能电池阵，扇形太阳能电池阵650包括柔性衬底651和薄膜太阳能电池片652，薄膜太阳能电池片652铺设于柔性衬底651上。进一步的，在一些实施例中，柔性衬底651由若干个小型扇形衬底653组成，每个小型扇形衬底653表面铺设有小于小型扇形衬底653面积的薄膜太阳能电池片652。在另一些实施例中，柔性衬底651由若干个角度相等、形状相同的小型扇形衬底653组成，薄膜太阳能电池片652为扇形薄膜太阳能电池片。

在如图6所示的具体实施例中，扇形太阳能电池阵650的圆心角为90度，其柔性衬底651被等角度θ划分成个小型扇形衬底653，每个小型扇形衬底653上铺设有小于小型扇形衬底653面积的薄膜太阳能电池片652。在一些具体的实施例中，薄膜太阳能电池片652与小型扇形衬底653的面积比为α，那么相比于传统微纳卫星可增加的电池片部署面积为απl²，其中，l为薄膜太阳能电池片652的侧边长。当扇形太阳能电池阵650处于收拢状态时，相邻的小型扇形衬底653可沿二者之间的交界线像扇子一样依次折叠起来。

图7为本申请的一个实施例中的星体主结构710的示意图。星体主结构710为包括有弧形侧棱711的空心棱柱结构。在一些实施例中，星体主结构710可采取一体化铸造或者拼接安装的方式形成，其内部用于安装各种星上单机设备。在另一些实施例中，星体主结构710的四个侧面上端口边缘均留有合页安装开口712，该合页安装开口712为上顶板上的弹簧合页安装留出空间。

在如图7所示的具体实施例中，星体主结构710为包括有四个弧形侧棱711的空心棱柱结构，四个弧形侧棱711的圆心角均为90度。在一些实施例中，弧形侧棱711对应的中心圆半径r、小型扇形衬底的圆心角θ以及薄膜太阳能电池片的侧边长l满足如下关系：

r≥lsinθ

在一个具体的实施例中，扇形太阳能电池阵的侧边长度l为30厘米，小型扇形衬底的圆心角θ为3度，扇形太阳能电池阵被划分成30个小型扇形区域，则弧形侧棱711对应的中心圆半径r至少应大于或等于1.57厘米。当薄膜太阳能电池片的柔韧性较高，可以抵抗较强的挤压而不损坏时，r可以采取较小的值，甚至可以不采取沿交线折叠的方式。当薄膜太阳能电池片足够柔软时，可以不用将电池阵划分成单个小型区域，可以直接使用单片的薄膜太阳能电池片进行折叠。

在一些实施例中，如图8所示，扇形太阳能电池阵850处于收拢状态时被至少部分的收纳在星体主结构810的弧形侧棱811与侧面展开板840形成的空间内。

本说明书用具体实施例来描述本申请，包括最佳模式，并且可以帮助任何熟悉本发明工艺的人进行实验操作，但不旨在限制其保护范围。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。