近日，中国科学院沈阳自动化研究所刘金国研究员团队研制的“天帆一号”（SIASAIL-I）太阳帆，作为长沙天仪研究院潇湘一号07卫星的主任务，成功实现我国太阳帆关键技术首次在轨验证。在国家自然科学基金项目“基于鳞翅目昆虫羽化发育机理的空间可展结构研究”（批准号：51175494）的资助下，仿生可展开结构的研究工作为这次试验提供了重要的支撑。
太阳帆是利用太阳光在薄膜上的反射光压提供动力的航天器，需要面积大、质量轻的帆膜提供动力。由于受到运载空间和发射成本的限制，通常要求该结构具有较大的收展比和较高的系统可靠性，使得其技术实现面临了一系列挑战。受自然界昆虫羽化过程中翅膀从小变大、由柔变刚这一现象的启发（图1），在国家自然科学基金项目资助下，刘金国研究员团队通过研究鳞翅目昆虫羽化过程中的生理变化特征，在鳞翅羽化展开机理方面取得重要进展，并将该研究成果成功应用于“天帆一号”太阳帆帆膜折叠展开技术（图2）。“天帆一号”柔性帆膜在发射之前被折叠存储在0.5个立方星单元体积内，在卫星正常入轨以后，通过两级组合展开的方式，逐渐展开聚酰亚胺帆膜形成0.6平方米的光帆，成功在轨验证了受鳞翅目昆虫羽化发育机理启发的帆膜仿生展开技术（图3）。相关研究成果以“SIASAIL-I太阳帆展开机构”为题，在《机械工程学报》于2019年第55卷21期以封面论文形式发表。
图1菜粉蝶(Pieris rapae)的羽化展开过程
图2“天帆一号”太阳帆帆膜仿生展开过程
图3“天帆一号”太阳帆成功在轨展开
据刘金国研究员介绍，国家自然科学基金项目作为种子基金，在他团队的机械仿生学研究中发挥了重要的牵引作用，引领着研究团队近年来围绕仿生可展开机构坚持不懈地开展了系列研究工作，为“天帆一号”太阳帆的研制，为我国太阳帆关键技术首次成功在轨验证奠定了坚实的基础。在此次试验成功的基础上，刘金国研究员团队将进一步开展相关工作，并加强和国内外相关单位合作，推进该方向的发展，争取早日实现我国首个基于太阳帆的空间科学探测任务。
（工程与材料科学部 工程科学二处机械学科 曹政才 赖一楠）