一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统

1.本发明涉及航天卫星技术领域，特别涉及立方体卫星电池阵技术，具体为一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统。


背景技术：

2.立方星采用通用化、模块化、标准化设计理念，在国际上广泛应用于空间成像、通信、新技术试验平台等领域，还被各大学用于开展航天科学研究与教育。立方星在太空中的能源供给主要依靠自带电池或体装太阳能电池阵，但随着星上载荷对功率的需求越来越大，传统的立方星供能方式已很难满足未来空间任务需求。应用空间可展开太阳电池阵技术是增加卫星能量供应能力的主要手段。对当前立方星而言，所采用的太阳能电池阵布置大多为体装电池阵或者单片可展开阵。随着微小卫星技术的快速发展，立方星上搭载的载荷功率越来越大，功能密度越来越高，当前太阳能电池阵技术已难以满足立方星的能源供应需求。
3.大中型卫星常采用可展开电池阵进行供电，其电池阵结构复杂、质量重、尺寸大，难以直接缩比应用于立方星。此外，立方星因其特有的尺寸规范和标准，对电池阵的收纳尺寸和展开机构也有特殊应用需求，例如：电池阵整体宽度不超过立方星包络，展开机构的设计尽可能采用商用现货以降低成本，应具备模块化拓展能力且对结构质量的限制更高等。
4.目前现有的立方星太阳能电池阵大致分为贴片式、一维单次单片展开式及一维多次多片展开式。
5.根据中国专利申请号为：201810225658.0公开了一种12u立方星结构，其所述太阳能电池板设置在卫星的六个表面，受限于立方星体表面积，该立方星效率及输出功率较低，难以满足阴影区过渡需求。
6.根据中国专利申请号为：201720868771.1公开了一种太阳翼展开机构、太阳能发电装置及立方星，其太阳翼展开机构包括支撑板、驱动装置、连杆机构、安装支架，可完成太阳能帆板的一维一次展开；根据中国专利申请号为：201811069382.8公开了一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法，包括卫星框体，卫星框体的两侧分别通过连接装置连接展开阵，展开阵包括内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵，可完成太阳能帆板的一维多次展开。但是，上述两种设计可拓展性差，机构设计及装配较为复杂繁琐，效费比低，且不能提供被动功能优势。


技术实现要素：

7.为了解决现有太阳能电池阵技术不能满足未来大载荷功率、高密度立方星的能源供应需求的问题，本发明基于剪叉式空间可展开机构原理，采用通用化、模块化设计，提供一种立方星剪叉式可展开空间太阳电池阵系统，系统所包含的电池阵能够采用较为简易的结构收拢在星体上，实现星载设备轻质、低冲击以及高拓展，适用于1u-6u立方星的模块化可展开太阳电池阵系统。
8.本发明的技术方案为：
9.一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置；
10.所述电源机箱包括机箱壁板、机箱底板和机箱中体，用于容纳星载电路控制板、驱动传动装置；机箱壁板上开有约束孔；机箱中体前后面板上设有导向槽，为箱内连杆运动提供约束；机箱中体顶板外侧与箱板铰链及连接架相连，内侧安装有压紧释放装置中的热刀模块和锁定装置中的弹簧柱销固定块；
11.所述驱动传动装置安装在机箱中体内部后侧，包括驱动电机、螺母滑块、驱动螺钉和滑动丝杠；驱动电机能够带动滑动丝杠转动，并使置于滑动丝杠上的螺母滑块沿滑动丝杠作直线往返运动，进而带动固定在螺母滑块上的驱动螺钉运动；驱动螺钉能够带动展开装置中的作动连杆运动，为电池阵列的展开和收拢提供动力；
12.所述压紧释放装置包括左右两块释放面板、释放铰链、热刀模块及纤维线，其中左右释放面板上分别开有约束孔，释放面板的一端通过具有扭簧的释放铰链与电源机箱壁板顶部固连，释放面板另一端在所述电池阵列折叠状态时通过纤维线捆绑锁紧完成定位从而压紧保护电池阵列；当需要电池阵列展开时，通过热刀模块加热将纤维线熔断及释放铰链的扭簧弹力作用，完成释放面板的释放操作从而解除对电池阵列的物理约束；
13.所述剪叉式可展开太阳能电池阵列能够收纳于由电源机箱和左右释放面板围成的空间内，包括多个组成相同的折展单元，每个所述折展单元均由基板、垫块、板间铰链以及太阳能电池片组成；太阳能电池片贴装在基板上，基板两端通过板间铰链与相邻的基板铰接，两侧中部均通过固连的“t”型垫块和自攻螺钉铰接展开装置中的中间连杆；
14.所述连接架由底部支板及箱板铰链构成，底部支板一端通过箱板铰链与电源机箱顶面中部相连，另一端通过板间铰链与电池阵列中的最下端基板连接；
15.所述展开装置包括作动连杆、顶部连杆、中间连杆、底部连杆、锁定连杆、支撑连杆和叉状连杆；展开装置布置在连接架以及剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧；其中布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置结构对应相同，而布置在连接架前后两侧的展开装置结构不同；
16.布置在连接架前侧的展开装置包括锁定连杆和支撑连杆，两根锁定连杆底部铰接在一起，且铰接处采用螺钉固定在机箱中体前面板上，两根锁定连杆的另一端分别铰接两根支撑连杆，且铰接处采用轴位螺栓布置在机箱中体前面板的两个弧形导向槽，使得两根锁定连杆的运动轨迹约束在以底部铰接点为圆心的圆弧上；其中一根锁定连杆上设置有锁紧孔，当电池阵列展开到位后，用于与锁定装置中的弹簧柱销配合，将整个电池阵列锁定在展开状态；两根支撑连杆中，一根支撑连杆的另一端与一侧底部连杆中部铰接，另一根支撑连杆的另一端与底部支板前侧边缘通过垫块铰接；
17.布置在连接架后侧的展开装置包括作动连杆和叉状连杆，两根作动连杆下端通过驱动螺钉铰接，一根作动连杆上端与另一侧底部连杆中部铰接，另一根作动连杆上端与叉状连杆末端铰接，叉状连杆的叉部开口与底部支板后侧边缘固定连接；
18.布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置包括底部连杆、中间连杆和顶部连杆，底部连杆以及顶部连杆的长度均只有中间连杆的一半；底部连杆一端与底部支板下边缘铰接，另一端与中间连杆的端部铰接；若干根中间连杆依次铰接，且每根中间
连杆中部铰接在基板侧边中部；顶部连杆一端与中间连杆端部铰接，另一端铰接在最外侧基板的侧边中部；
19.所述锁定装置包括弹簧柱销固定块和弹簧柱销，弹簧柱销固定块固定安装在机箱中体顶板上。
20.进一步的，所述电源机箱的机箱中体顶板采用网格加筋设计以提高箱板连接表面刚度。
21.进一步的，电源机箱内还设置有丝杠模组安装架，丝杠模组安装架上接顶壁，下抵底板，用于安装驱动传动装置中的滑动丝杠。
22.进一步的，当电池阵列处于折叠状态时，纤维线从释放面板上的约束孔传入，依次穿过电源机箱壁板的左约束孔、电源机箱中体内侧安装的热刀模块及右约束孔，最后将纤维线勒紧并打结产生束缚。
23.进一步的，电池阵列在轨展开后，连接架使阵列与卫星本体隔开一定距离，避免因卫星本体或其他设备遮挡而在电池阵列上产生阴影，避免功率损失。
24.进一步的，当驱动传动装置开始工作时，两个作动连杆铰接点在驱动传动装置作用下开始运动，从而依次带动底部连杆、连接架、中间连杆等向外展开，另一侧的连杆受牵制进行从动，机箱内的锁定连杆定轴转动。
25.进一步的，在当电池阵列展开至预定角度后，驱动电机停止工作，滑动丝杠完成自锁；随着锁定连杆的定轴转动，位于电源机箱中体内侧柱销固定块中的弹簧柱销在其倒角面作用下向内移动直至遇到锁紧孔，柱销在弹簧作用下嵌入锁紧孔，电池阵列完成展开后锁定。
26.进一步的，还包括星载电路控制板；所述星载电路控制板由微控制器、稳压模块、上下行链路通信模块、射频天线模块、数据传输存储及外接传感器模块构成；用于控制电源通断、保持最佳充电状态、优化放电过程以及提高电池使用寿命。
27.有益效果
28.本发明的有益效果在于:
29.1、本发明依据剪叉式展开机构原理，具有天然的占空紧凑性，面折展比大，空间利用率高；具备模块化特性，可拓展性强，能在单位体积内携带更多的太阳能电池板，大幅提高载荷可用功率；
30.2、本发明功能性强，特殊的外形可为立方星提供被动重力梯度稳定和高增益天线集成优势，有源式驱动展开可自定义展开时序，降低在展开过程中对立方星造成的姿态影响；适用于监测、通信类任务卫星，易于完成轨道快速部署。
31.3、本系统基于一般立方星的标准电器接口，完成太阳能阵列展开的电源控制系统集成化设计；采用模块化设计，将mppt功能集成到太阳能阵列展开系统中，并采用微控制器进行系统状态实时监测，完成信息交互，优化电源系统综合设计，提高了转换效率和可靠性。
32.4、本发明机构组成简单、制造成本低，可靠性高、可操作性好。
33.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
34.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
35.图1为本发明折叠状态的结构示意图
36.图2为本发明在展开过程中示意图
37.图3为本发明完全展开状态示意图
38.图4为图3中本发明完全展开状态的结构侧视图
39.图5为本发明中电池阵列中一个折展单元的示意图
40.图6为本发明中箱板铰链和连接架的结构示意图
41.图7为本发明中电源机箱及其附属部件的结构示意图
42.图8为图7的b向剖视图
43.图9为本发明中星载电控系统布线框图
44.其中：1—电源机箱，1-1—机箱壁板，1-2—机箱底板，1-3—机箱中体，2—导向槽，3—约束孔，4—星载锂电池，5—星载电路控制板，6—热刀模块，7—驱动传动装置，7-1—驱动电机，7-2—螺母滑块，7-3—驱动螺钉，7-4—滑动丝杠，8—释放面板，9—释放铰链，10—纤维线，11—基板，12—中间连杆，13—厚垫块，14—薄垫块，15—板间铰链，15-1—板间公铰，15-2—板间母铰，15-3—铰链销轴，16—太阳能电池片，17—自攻螺钉，18—连接螺钉，19—顶部连杆，20—顶部帆板，21—作动连杆，22—轴位螺栓，23—弹簧柱销，24—柱销固定块，25—锁定连杆，26—锁紧孔，27—箱板铰链，28—底部支板，29—底部连杆，30—叉状连杆，31—支撑连杆。
具体实施方式
45.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
47.本实施例中的立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置、星载电路控制板。
48.在系统处于折叠状态时为立方体外形，电池阵列容置于由电源机箱1及释放面板8围成的空间内，可作为单独的模块加装于立方星上，在处于完全展开状态时电池阵列之间存在10
°
左右的夹角，以达到机构展开后整体刚度以及电源输出功率的最佳平衡，避免展开为平面时存在的构型不稳定问题。本发明采用双侧连杆支承展开，按动力来源分为作动部分和从动部分，以提升展开稳定性，抑制展开过程的扭转。
49.所述电源机箱1包括机箱壁板1-1、机箱底板1-2和机箱中体1-3，用于容纳星载电
路控制板、驱动传动装置等部件；机箱壁板1-1上开有约束孔；机箱中体前后面板上设有导向槽2，为箱内连杆运动提供约束。机箱中体顶板采用网格加筋设计以提高箱板连接表面刚度，其外侧同箱板铰链及连接架相连，内侧安装有压紧释放装置中的热刀模块6和锁定装置中的弹簧柱销固定块24。电源机箱1内还设置有丝杠模组安装架，丝杠模组安装架上接顶壁，下抵底板，用于安装驱动传动装置中的滑动丝杠。
50.如图7和图8所示，所述驱动传动装置安装在机箱中体内部后侧，包括驱动电机7-1、螺母滑块7-2、驱动螺钉7-3和滑动丝杠7-4。驱动电机7-1转轴与滑动丝杠7-4直接相连，当驱动电机带动滑动丝杠转动时，置于滑动丝杠7-4上的螺母滑块7-2沿滑动丝杠作直线往返运动，进而带动固定在螺母滑块7-2上的驱动螺钉7-3运动；驱动螺钉7-3穿过展开装置中的作动连杆21主剪叉关节点固连于螺母滑块7-2，当驱动螺钉7-3运动直线运动时，能够带动作动连杆21运动，从而为电池阵列的展开和收拢提供动力。
51.如图1所示，所述压紧释放装置包括左右两块释放面板8、释放铰链9、热刀模块6及纤维线10，其中左右释放面板上分别开有约束孔，释放面板的一端通过具有扭簧的释放铰链与电源机箱壁板1-1顶部固连，释放面板另一端在所述电池阵列折叠状态时通过纤维线捆绑锁紧完成定位从而压紧保护电池阵列，即当电池阵列处于折叠状态时，将纤维线10从释放面板上的约束孔3传入，依次穿过电源机箱壁板的左约束孔、电源机箱中体内侧安装的热刀模块6及右约束孔，最后将纤维线10勒紧并打结产生束缚。当需要电池阵列展开时，通过热刀模块加热将纤维线熔断及释放铰链的扭簧弹力作用，完成释放面板的释放操作从而解除对电池阵列的物理约束。
52.如图5所示，所述剪叉式可展开太阳能电池阵列能够收纳于由电源机箱和左右释放面板围成的空间内，包括多个组成相同的折展单元，每个所述折展单元均由基板11、垫块、板间铰链15以及太阳能电池片16组成。每个单元中含有的四块太阳能电池片16通过绝缘聚酰亚胺膜贴装在所述基板11上，每个所述基板11的两端分别通过板间铰链15与相邻的基板铰接，两侧中部均通过固连的“t”型厚垫块13或“t”型薄垫块14和自攻螺钉铰接所述展开装置中的中间连杆12，每根中间连杆12的两端分别与相邻中间连杆通过十字盘头连接螺钉18铰接，中间连杆12的中间孔要略大于自攻螺钉17外径，靠近连接螺钉18的中间连杆12的两端孔要略大于连接螺钉18外径，连接螺钉18的螺杆长度要长于两个中间连杆12的厚度之和，以保证展开及收拢时转动灵活；由于中间连杆12是接续交叉错位铰接，所以垫块有厚薄之分，在电池阵列处于折叠状态时，垫块彼此上下接触，用以提供展向支承。
53.如图6所示，所述连接架由底部支板28及箱板铰链27构成，底部支板28一端通过箱板铰链27与电源机箱顶面中部相连，另一端通过板间铰链与电池阵列中的最下端基板连接。其主要作用是电池阵列在轨展开后，使阵列与卫星本体隔开一定距离，避免因卫星本体或其他设备遮挡而在电池阵列上产生阴影，避免功率损失。
54.本发明中铰链共有三种：板间铰链、箱板铰链以及释放铰链，板间铰链用于连接基板与基板、箱板铰链用于连接基板与机箱、释放铰链用于连接释放面板与机箱，板间铰链由公铰、母铰及铰链销轴组成，箱板铰链及释放铰链添加了扭簧、定位弹片等特殊功能部件，扭簧的两端抵接于公铰及母铰的一面，从而能够在扭簧作用下自动释放。
55.如图2、图5和图6所示，所述展开装置包括作动连杆21、顶部连杆19、中间连杆12、底部连杆29、锁定连杆25、支撑连杆31和叉状连杆30。展开装置布置在连接架以及剪叉式可
展开太阳能电池阵列前后两侧；其中布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置结构对应相同，而布置在连接架前后两侧的展开装置结构不同。
56.如图6所示，布置在连接架前侧的展开装置包括锁定连杆25和支撑连杆31，两根锁定连杆25底部铰接在一起，且铰接处采用螺钉固定在机箱中体1-3前面板上，两根锁定连杆25的另一端分别铰接两根支撑连杆31，且铰接处采用轴位螺栓22布置在机箱中体1-3前面板的两个弧形导向槽，使得两根锁定连杆25的运动轨迹约束在以底部铰接点为圆心的圆弧上。其中一根锁定连杆25上设置有锁紧孔26，当电池阵列展开到位后，用于与锁定装置中的弹簧柱销23配合，将整个电池阵列锁定在展开状态。两根支撑连杆31中，一根支撑连杆31的另一端与一侧底部连杆29中部铰接，另一根支撑连杆31的另一端与底部支板28前侧边缘通过垫块铰接。
57.布置在连接架后侧的展开装置包括作动连杆21和叉状连杆30，两根作动连杆21下端通过驱动螺钉7-3铰接，一根作动连杆21上端与另一侧底部连杆29中部铰接，另一根作动连杆21上端与叉状连杆30末端铰接，叉状连杆30的叉部开口与底部支板28后侧边缘固定连接。
58.如图2、图5和图6所示，布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置包括底部连杆29、中间连杆12和顶部连杆19，底部连杆29以及顶部连杆19的长度均只有中间连杆12的一半。底部连杆29一端与底部支板28下边缘铰接，另一端与中间连杆12的端部铰接；若干根中间连杆12依次铰接，且每根中间连杆12中部通过固连的“t”型垫块和自攻螺钉铰接在基板11侧边中部；顶部连杆19一端与中间连杆12端部铰接，另一端铰接在最外侧基板的侧边中部。
59.当驱动传动装置开始工作时，两个作动连杆21铰接点即主剪叉关节点在驱动传动装置作用下开始运动，从而依次带动底部连杆、连接架、中间连杆等向外展开，另一侧的连杆受牵制进行从动，机箱内的锁定连杆定轴转动。
60.所述锁定装置包括弹簧柱销固定块24和弹簧柱销23，弹簧柱销固定块24固定安装在机箱中体顶板上。在当电池阵列展开至预定角度后，驱动电机停止工作，滑动丝杠完成自锁，而随着锁定连杆的定轴转动，位于电源机箱中体内侧柱销固定块中的弹簧柱销会在其倒角面作用下向内移动直至遇到锁紧孔26，柱销在弹簧作用下嵌入锁紧孔，电池阵列完成展开后锁定。
61.星载电控系统采用集中供电式空间微电源架构，使用最大功率点跟踪控制策略提升能量转换效率，将以串联形式布置的太阳能电池阵列的输入电压转换调节为星载锂电池的电源电压，阵列输出线路集成在基板11上，相邻基板之间灵活布线，然后通过稳压模块即输入调节器将其分别转换为3.3v和5v的两路电压输出，向客户端即星务软件提供电源输入，完成数据管理、传感遥测等电控管理任务。压紧装置的释放和电池阵列的展开由星载锂电池的初始电量完成信号输入输出以及驱动。
62.所述星载电路控制板由微控制器、稳压模块、上下行链路通信模块、射频天线模块、数据传输存储及外接传感器模块构成。控制板所具有的功能为控制电源通断、保持最佳充电状态、优化放电过程以及提高电池使用寿命。采用uc3909充电管理芯片实现对星载锂电池智能化充电管理，延长电池使用寿命，并采用超级电容器组及升降压电路来实现阴影区弱光条件下有效充电。微控制器根据光伏阵列的工作状况输出pwm信号驱动pmos管，实现
光伏阵列最大功率跟踪。超级电容器组、dc/dc变换器、uc3909实现对电池的四阶段充电控制，并利用超级电容的特性优化充放电过程。最后通过稳压模块的输出带动电机等负载，完成系统的运行工作。
63.采用意法半导体公司的stm32f103系列单片机作为核心微控制器，采用uc3909芯片完成对星载锂电池的智能化充电管理，使得星载锂电池4保持最佳的充电状态，提高其使用寿命，微控制器提供最大功率点跟踪能力，测量和记录系统的电压、电流和温度，实现用户控制等。使用i2c接口，可以读取测量结果，控制3.3v和5v总线的开关状态。
64.太阳能电池阵列产生的电压由控制器存储在电池中，在控制器的控制下电池可以向直流负载进行放电，当检测到电池电压过低，则会停止放电。使用drv8834直流电机驱动芯片完成阵列展开的机构设计，使用5v的输入电压完成驱动，实现了一定程度上的集成化。稳压模块将电池的输出电压转换为3.3v和5v，在完成电机驱动展开太阳能阵列的基础上，为卫星的星务软件等星载系统提供合适的驱动电压，确保卫星正常工作。温度传感器用于监测电池温度并做出相应调节。当监测温度超出给定阈值，便由微控制器发出指令，电池阵列及卫星系统停止工作；当温度保持合适范围，电池阵列及卫星系统重新正常运转。
65.本发明的工作原理为：
66.穿过约束孔3的纤维线10被热刀模块6熔断后，驱动电机7-1被由星载锂电池4预留电量供能驱动滑动丝杠7-4开始工作，螺母滑块7-2带动驱动螺钉7-3同主剪叉关节点移动，随之带动太阳能电池阵列和各处连杆展开，左右释放面板8也会在带簧释放铰链9的作用下弹开；同时作动连杆21及底部连杆29的轴位螺栓22在各自导向槽2内滑动，使电池阵列向预定方向展开。当阵列展开至预定角度后，滑动丝杠7-4停止工作实现自锁，另外弹簧柱销23会嵌入锁定连杆25的锁紧孔26中实现机构锁死。太阳能电池阵列接受光照实现光能转化，星载电路控制板5完成电源转换及分配，星载电控系统开始工作
67.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置；所述电源机箱包括机箱壁板、机箱底板和机箱中体，用于容纳星载电路控制板、驱动传动装置；机箱壁板上开有约束孔；机箱中体前后面板上设有导向槽，为箱内连杆运动提供约束；机箱中体顶板外侧与箱板铰链及连接架相连，内侧安装有压紧释放装置中的热刀模块和锁定装置中的弹簧柱销固定块；所述驱动传动装置安装在机箱中体内部后侧，包括驱动电机、螺母滑块、驱动螺钉和滑动丝杠；驱动电机能够带动滑动丝杠转动，并使置于滑动丝杠上的螺母滑块沿滑动丝杠作直线往返运动，进而带动固定在螺母滑块上的驱动螺钉运动；驱动螺钉能够带动展开装置中的作动连杆运动，为电池阵列的展开和收拢提供动力；所述压紧释放装置包括左右两块释放面板、释放铰链、热刀模块及纤维线，其中左右释放面板上分别开有约束孔，释放面板的一端通过具有扭簧的释放铰链与电源机箱壁板顶部固连，释放面板另一端在所述电池阵列折叠状态时通过纤维线捆绑锁紧完成定位从而压紧保护电池阵列；当需要电池阵列展开时，通过热刀模块加热将纤维线熔断及释放铰链的扭簧弹力作用，完成释放面板的释放操作从而解除对电池阵列的物理约束；所述剪叉式可展开太阳能电池阵列能够收纳于由电源机箱和左右释放面板围成的空间内，包括多个组成相同的折展单元，每个所述折展单元均由基板、垫块、板间铰链以及太阳能电池片组成；太阳能电池片贴装在基板上，基板两端通过板间铰链与相邻的基板铰接，两侧中部均通过固连的“t”型垫块和自攻螺钉铰接展开装置中的中间连杆；所述连接架由底部支板及箱板铰链构成，底部支板一端通过箱板铰链与电源机箱顶面中部相连，另一端通过板间铰链与电池阵列中的最下端基板连接；所述展开装置包括作动连杆、顶部连杆、中间连杆、底部连杆、锁定连杆、支撑连杆和叉状连杆；展开装置布置在连接架以及剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧；其中布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置结构对应相同，而布置在连接架前后两侧的展开装置结构不同；布置在连接架前侧的展开装置包括锁定连杆和支撑连杆，两根锁定连杆底部铰接在一起，且铰接处采用螺钉固定在机箱中体前面板上，两根锁定连杆的另一端分别铰接两根支撑连杆，且铰接处采用轴位螺栓布置在机箱中体前面板的两个弧形导向槽，使得两根锁定连杆的运动轨迹约束在以底部铰接点为圆心的圆弧上；其中一根锁定连杆上设置有锁紧孔，当电池阵列展开到位后，用于与锁定装置中的弹簧柱销配合，将整个电池阵列锁定在展开状态；两根支撑连杆中，一根支撑连杆的另一端与一侧底部连杆中部铰接，另一根支撑连杆的另一端与底部支板前侧边缘通过垫块铰接；布置在连接架后侧的展开装置包括作动连杆和叉状连杆，两根作动连杆下端通过驱动螺钉铰接，一根作动连杆上端与另一侧底部连杆中部铰接，另一根作动连杆上端与叉状连杆末端铰接，叉状连杆的叉部开口与底部支板后侧边缘固定连接；布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置包括底部连杆、中间连杆和顶部连杆，底部连杆以及顶部连杆的长度均只有中间连杆的一半；底部连杆一端与底部支板下边缘铰接，另一端与中间连杆的端部铰接；若干根中间连杆依次铰接，且每根中间连杆中部铰接在基板侧边中部；顶部连杆一端与中间连杆端部铰接，另一端铰接在最外侧基板
的侧边中部；所述锁定装置包括弹簧柱销固定块和弹簧柱销，弹簧柱销固定块固定安装在机箱中体顶板上。2.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：所述电源机箱的机箱中体顶板采用网格加筋设计以提高箱板连接表面刚度。3.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：电源机箱内还设置有丝杠模组安装架，丝杠模组安装架上接顶壁，下抵底板，用于安装驱动传动装置中的滑动丝杠。4.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：当电池阵列处于折叠状态时，纤维线从释放面板上的约束孔传入，依次穿过电源机箱壁板的左约束孔、电源机箱中体内侧安装的热刀模块及右约束孔，最后将纤维线勒紧并打结产生束缚。5.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：电池阵列在轨展开后，连接架使阵列与卫星本体隔开一定距离，避免因卫星本体或其他设备遮挡而在电池阵列上产生阴影，避免功率损失。6.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：当驱动传动装置开始工作时，两个作动连杆铰接点在驱动传动装置作用下开始运动，从而依次带动底部连杆、连接架、中间连杆等向外展开，另一侧的连杆受牵制进行从动，机箱内的锁定连杆定轴转动。7.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：在当电池阵列展开至预定角度后，驱动电机停止工作，滑动丝杠完成自锁；随着锁定连杆的定轴转动，位于电源机箱中体内侧柱销固定块中的弹簧柱销在其倒角面作用下向内移动直至遇到锁紧孔，柱销在弹簧作用下嵌入锁紧孔，电池阵列完成展开后锁定。8.根据权利要求1所述一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：还包括星载电路控制板；所述星载电路控制板由微控制器、稳压模块、上下行链路通信模块、射频天线模块、数据传输存储及外接传感器模块构成；用于控制电源通断、保持最佳充电状态、优化放电过程以及提高电池使用寿命。

技术总结
本发明提出一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置。本发明基于剪叉式空间可展开机构原理，采用通用化、模块化设计，具有天然的占空紧凑性，面折展比大，空间利用率高；具备模块化特性，可拓展性强，能在单位体积内携带更多的太阳能电池板，大幅提高载荷可用功率；此外本发明功能性强，特殊的外形可为立方星提供被动重力梯度稳定和高增益天线集成优势，有源式驱动展开可自定义展开时序，降低在展开过程中对立方星造成的姿态影响；适用于监测、通信类任务卫星，易于完成轨道快速部署。易于完成轨道快速部署。易于完成轨道快速部署。


技术研发人员：徐超 李世龙 李治政 张天辰
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/5/4