中科院研發「太空捲紙術」 破解太陽帆收納難題

快科技7月17日消息，太陽帆作為低成本、長壽命的太空飛行器，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構需同時滿足「高收納比」和「可靠展開」的矛盾需求。

中國科學院瀋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。

科研團隊研製出小尺寸截面、輕質高剛度的可展收複合材料伸展臂（DCB），並建立了精準的力學分析模型。

太陽帆上輕小型可展收複合材料伸展臂

團隊在經典薄壁梁理論基礎上引入非線性修正項，首次完整描述了臂杆從初始狀態到壓平、卷繞的全過程變形，重點考慮了材料中性軸拉伸、曲率變化及接觸摩擦等關鍵因素。

通過高精度數值模擬，研究揭示了卷收過程的力學規律：卷收過渡區為應力「熱點」，最大應力集中於下層結構最外層側弧拐點；下層應力普遍高於上層，外層材料承受應力遠大於內、中層，而中層因厚度優勢展現更穩定的承載性能。

複合材料臂杆展收過程不同層應力影響區

為驗證理論，團隊搭建專屬實驗平台，測量不同卷收角度下的應變值和扭矩。結果顯示，實驗數據與理論預測及仿真結果高度吻合，證實了模型有效性。

該研究為未來設計和優化此類高性能、高收納比的太空可展開結構提供了重要的理論依據和設計指導。