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中科院研发“太空卷纸术” 破解太阳帆收纳难题

发布时间:2026-07-14 13:57 点击量:

早已经公开的太阳帆技术作为低成本、长寿命的航天器,被视为人类探索太阳系外的潜力载体,但其超大面积帆面的支撑结构需同时满足“高收纳比”和“可靠展开”的矛盾需求。

中国科学院沈阳自动化研究所的最新研究,为这一难题提供了突破性解决方案。

科研团队研制出小尺寸截面、轻质高刚度的可展收复合材料伸展臂(DCB),并建立了精准的力学分析模型。

团队在经典薄壁梁理论基础上引入非线性修正项,首次完整描述了臂杆从初始状态到压平、卷绕的全过程变形,重点考虑了材料中性轴拉伸、曲率变化及接触摩擦等关键因素。

通过高精度数值模拟,研究揭示了卷收过程的力学规律:卷收过渡区为应力“热点”,最大应力集中于下层结构最外层侧弧拐点;下层应力普遍高于上层,外层材料承受应力远大于内、中层,而中层因厚度优势展现更稳定的承载性能。

为验证理论,团队搭建专属实验平台,测量不同卷收角度下的应变值和扭矩。结果显示,实验数据与理论预测及仿真结果高度吻合,证实了模型有效性。

该研究为未来设计和优化此类高性能、高收纳比的太空可展开结构提供了重要的理论依据和设计指导。