CN113428384B - 一种面向空间材料实验的可展开立方星 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向空间材料实验的可展开立方星，包括支撑架、支撑杆、差速旋转驱动机构、光学成像机构以及多层样品托盘层；支撑架上连接有样品托盘支撑台，样品托盘支撑台包括多个阶梯状布置且由内至外高度逐层降低的环形台阶，每个环形台阶上布置有一层样品托盘层，每层样品托盘层包括多个样品托盘，样品托盘一端铰接在对应的环形台阶上；支撑杆一端与差速旋转驱动机构连接，光学成像机构安装在支撑杆上，各样品托盘层的多个样品托盘通过锁紧释放机构向支撑杆四周展开；差速旋转驱动机构与样品托盘支撑台的多个环形台阶连接，并驱动各个环形台阶分别带动其上的样品托盘绕支撑杆转动。本发明立方星平台体积小、结构简单、成本低、开发周期短。
Description
技术领域
本发明涉及空间材料实验以及微型卫星相关技术领域，具体涉及一种用于空间材料实验的可展开立方星。
背景技术
航天飞行器在运行过程中，可能受到空间环境的影响，例如极端温度、原子氧、高能粒子和微陨石等，这些空间环境可能致使飞行器的材料、结构和功能部件失效，从而可能导致飞行器产生故障。因此，了解材料在空间中的性能、稳定性和长期的行为变化具有重要意义。地球上的实验室一次只能模拟有限个空间环境，且地面材料暴露实验的实验室条件有限。为了深入了解材料在太空环境中的行为，需进行各种太空材料实验。太空材料实验的样品包括聚合物、涂层、陶瓷、合金和复合材料等，此外，还有生物材料如种子、孢子和各种类型的细菌。空间材料暴露实验是空间科学实验和空间探索的重要组成部分。了解空间环境对材料和生物的影响，不仅可以为我国航天器设计工程的材料选择提供技术指标，而且可以为材料的开发和改进提供指导。除此之外，太空材料实验结果还可作为地面材料暴露实验的比较或验证。
目前，空间材料暴露实验主要通过可回收卫星、载人航天飞机和空间暴露平台进行。然而，可回收卫星需要考虑在返回途中可能对其实验材料造成损坏，航天飞机需要考虑自身振动对材料的影响。上述这些实验方法的成本较高。NASA在国际空间站上开展一系列材料暴露实验研究“国际空间站材料实验(Materials International Space StationExperiment, MISSE)。MISSE是目前为止开展的规模最大的材料使役行为研究。该实验材料种类涉及润滑材料、太阳能材料、光学材料、光学镀膜材料、可膨胀材料、热控材料、复合材料等。开展MISSE系列实验的总目标是通过将材料暴露于空间环境中，检验材料的空间稳定性、耐受性以及设备运转的情况，并获得有价值的材料空间使役行为信息。该空间展开平台多为公文包形状的样品支撑架，该装置在暴露实验前后，需要安装及拆卸时的特定操作，比如使用机械臂安装，或需要宇航员进行舱外活动将样品支撑架安装在空间站外部。这样操作不便且成本较高。
立方星(CubeSat )是一种按照特殊设计标准研制的低成本模块化卫星，是符合特定标准、大小和重量的一种小型卫星，其标准单元尺寸(单位为“ U ”)为10cm x 10cm x10cm的立方体。立方星最大的优势在于低成本和模块化开发生产。立方星具有的特定标准使其设计时可以使用大批量生产的组件作为其电子设备和结构，因此立方星的工程和开发成本比高度定制的小型卫星更低。同时，标准化的形状和尺寸也降低了立方星的发射成本。
目前，立方星已用于教学、科研新技术验证、通信与遥感、空间在轨服务、高破坏性星团分布式空间组网等多种方面。NASA艾姆斯研究中心已成功将立方星携带的生物实验样本3次用于空间生命科学实验，分别是GeneSat-1、PharmaSat和O/OREOS。国内外许多高校和科研机构已经成功的对立方星进行了在轨验证，如代尔夫特理工的DELFI-C3、东京工业大学开发的CUTE系列、美国斯坦福大学和加拿大Canx开发的QUAKESAT-1、中国上海微小卫星工程中心研制的“上科大二号STU-2 ”等。
考虑到材料暴露实验的重要科研意义，结合立方星的成本等优势，提出一种面向空间材料实验的可展开立方星结构的总体设计，为空间材料实验提供一种可行的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于空间材料实验的可展开立方星。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种面向空间材料实验的可展开立方星，包括支撑架、支撑杆、差速旋转驱动机构、光学成像机构以及多层样品托盘层；所述支撑架上连接有样品托盘支撑台，所述样品托盘支撑台包括多个阶梯状布置且由内至外高度逐层降低的环形台阶，每个所述环形台阶上布置有一层所述样品托盘层，每层所述样品托盘层包括多个样品托盘，所述样品托盘一端铰接在对应的环形台阶上；所述支撑杆一端与差速旋转驱动机构的连接轴连接，所述光学成像机构安装在所述支撑杆上，各层所述样品托盘层的样品托盘通过锁紧释放机构在所述支撑杆四周展开；所述差速旋转驱动机构与所述样品托盘支撑台的多个环形台阶连接，并驱动各个环形台阶分别带动其上的样品托盘绕所述支撑杆转动。
本发明的有益效果是：本发明的立方星，能够用于在低地球轨道上执行材料暴露实验，以克服现有技术材料暴露实验成本高，暴露受限的问题。本发明基于材料暴露实验的立方星平台体积小、结构简单、可以降低发射难度、缩短开发周期、降低材料暴露实验的成本。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述差速旋转驱动机构包括驱动主轴以及多个齿数比不同的从动齿轮，多个所述从动齿轮同轴布置且与多个所述环形台阶一一对应连接；所述驱动主轴上连接有一个或多个主齿轮，所述主齿轮分别与对应的从动齿轮啮合并驱动对应从动齿轮上的环形台阶差速转动。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用齿轮差速驱动机构，可以根据传动比的设计，实现内外不同环形平台的差速转动，将各层样品托盘层展开后错位布置，实现样品托盘上材料的充分曝光并进行光学信息采集。
进一步，所述样品托盘支撑台包括两个阶梯状布置且由内至外逐渐降低的环形台阶，所述从动齿轮为同轴布置的两个且与两个所述环形台阶一一对应连接；所述驱动主轴上连接有一个主齿轮，所述主齿轮啮合在两个从动齿轮之间并同时驱动两个从动齿轮上的环形台阶差速转动。
进一步，所述样品托盘通过弹性部件铰接在所述环形台阶靠近外侧边缘的位置。
采用上述进一步方案的有益效果是：方便将样品托盘自动由合拢状态转动至展开状态。
进一步，每层所述样品托盘层包括的多个样品托盘合拢后呈筒状结构围绕在所述支撑杆四周。
采用上述进一步方案的有益效果是：合拢后的样品托盘呈筒状结构布置在支撑杆四周，体积小，结构简单，可以减少发射难度，降低材料暴露实验的成本。
进一步，所述筒状结构包括圆筒状结构或多边形筒状结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以采用不同形状或规格样品托盘，使合拢后的筒状结构可以为圆筒结构或多边形筒装结构。
进一步，所述锁紧释放机构包括绳和电热元件，所述样品托盘的另一端通过绳连接在支撑杆上，所述电热元件安装在所述支撑杆上并与所述绳对应布置；或所述锁紧释放机构包括第一驱动机构、第一形状记忆合金和卡盘，所述样品托盘的另一端通过卡盘卡接在所述支撑杆另一端，所述第一形状记忆合金安装在所述支撑杆上且与所述样品托盘对应布置，所述第一驱动机构与所述第一形状记忆合金连接；或所述锁紧释放机构包括第二驱动机构和第二形状记忆合金，所述第二形状记忆合金安装在所述支撑杆另一端并与样品托盘另一端的周侧限位卡接，所述第二驱动机构与所述第二形状记忆合金连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：当需要将样品托盘展开的时候，利用电热元件烧断绳即可；也可以利用卡盘将样品托盘卡接在支撑杆另一端，然后利用第一驱动机构驱动第一形状记忆合金形变，将卡盘顶起并脱离样品托盘，样品托盘端部的卡盘约束移除后，样品托盘可以在弹性部件的驱动下自动展开；或者不需要卡盘，直接利用第二形状记忆合金将样品托盘另一端的周侧进行限位卡接，利用第二驱动机构驱动第二形状记忆合金形变，解除第二形状记忆合金与样品托盘的卡接，将样品托盘可以在弹性部件的驱动下自动展开。
进一步，所述支撑杆另一端设有防护罩，所述光学成像机构安装在所述支撑杆的另一端并位于所述防护罩内；所述防护罩采用纳米高分子隔热绝缘材料制成，所述防护罩外侧包裹有一层原子氧布。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用防护罩以及原子氧布可以防止摄像头电路被空间环境腐蚀，保证摄像头的工作温度。
进一步，所述样品托盘的外侧壁以及所述支撑架的外侧壁上分别设有太阳能电池板。
采用上述进一步方案的有益效果是：能够利用太阳能电池板进行太阳能发电。
进一步，所述支撑架内设有电源、主控模块和通讯模块，所述电源和通讯模块分别与所述主控模块连接，所述主控模块分别与光学成像机构、差速旋转驱动机构以及所述锁紧释放机构连接。
附图说明
图1为本发明面向空间材料实验的可展开立方星的立体爆炸结构示意图；
图2为本发明样品托盘支撑台的主视结构示意图；
图3为图2的A-A面剖视结构示意图；
图4为本发明面向空间材料实验的可展开立方星合拢状态的结构示意图；
图5为本发明面向空间材料实验的可展开立方星部分展开的结构示意图；
图6为本发明面向空间材料实验的可展开立方星完全展开的结构示意图；
图7为本发明面向空间材料实验的可展开立方星完全展开后两层样品托盘层错位布置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、支撑架；11、电源；12、主控模块；13、通讯模块；14、上盖板；15、下盖板；
2、支撑杆；21、光学成像机构；22、防护罩；
3、差速旋转驱动机构；31、连接轴；32、主齿轮；33、第一从动齿轮；34、第二从动齿轮；
4、样品托盘支撑台；41、第一环形台阶；42、第二环形台阶；43、安装槽；
5、样品托盘；51、盖板；52、弹性部件；
6、太阳能电池板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1~图7所示，本实施例的一种面向空间材料实验的可展开立方星，包括支撑架1、支撑杆2、差速旋转驱动机构3、光学成像机构21以及多层样品托盘层；所述支撑架1上连接有样品托盘支撑台4，所述样品托盘支撑台4包括多个阶梯状布置且由内至外高度逐层降低的环形台阶，每个所述环形台阶上布置有一层所述样品托盘层，每层所述样品托盘层包括多个样品托盘5，所述样品托盘5一端铰接在对应的环形台阶上；所述支撑杆2与差速旋转驱动机构3的连接轴31连接，所述光学成像机构21安装在所述支撑杆2上，各层所述样品托盘层的样品托盘5通过锁紧释放机构在所述支撑杆2四周展开；所述差速旋转驱动机构3与所述样品托盘支撑台4的多个环形台阶连接，并驱动各个环形台阶分别带动其上的样品托盘5绕所述支撑杆2转动。
如图2和图3所示，所述差速旋转驱动机构3包括驱动主轴以及多个齿数比不同的从动齿轮，多个所述从动齿轮同轴布置且与多个所述环形台阶一一对应连接；所述驱动主轴上连接有一个或多个主齿轮32，所述主齿轮32分别与对应的从动齿轮啮合并驱动对应从动齿轮上的环形台阶差速转动。同轴布置的多个从动齿轮同轴连接在连接轴31上并能够绕连接轴31转动。采用齿轮差速驱动机构，可以根据传动比的设计，实现内外不同环形平台的差速转动，将各层样品托盘层展开后错位布置，实现样品托盘上材料的充分曝光，提高了暴露材料的种类与暴露面积。通过差速齿轮实现内外层料盒的错动及转动，从而便于材料状态信息数据的采集。
本实施例关于齿轮差速驱动机构的一个优选方案为，如图2和图3所示，所述样品托盘支撑台4包括两个阶梯状布置且由内至外逐渐降低的环形台阶，所述从动齿轮为同轴布置的两个且与两个所述环形台阶一一对应连接；两个从动齿轮从内到外分别为第一从动齿轮33和第二从动齿轮34，两个环形台阶从内到外分别为第一环形台阶41和第二环形台阶42，所述第一从动齿轮33与所述第一环形台阶41一体连接，所述第二从动齿轮34与所述第二环形台阶42一体连接，第二从动齿轮42具体可以选择环形齿环，并将第一从动齿轮33设置在该环形齿环内。所述驱动主轴上连接有一个主齿轮32，所述主齿轮32啮合在第一从动齿轮和第二从动齿轮之间并同时驱动两个从动齿轮上的环形台阶差速转动。第一从动齿轮33、第二从动齿轮34以及主齿轮32的齿数比可以选为1:3:1，当两层样品托盘层都展开后，可以利用主齿轮32驱动第一从动齿轮33和第二从动齿轮34旋转角度差为22.5°时，实现两层样品托盘层上样品托盘的充分曝光。
本实施例关于齿轮差速驱动机构的一个可选方案为，可以在驱动主轴上设置两个同轴布置的主齿轮32，两个主齿轮32的尺寸不同，可以利用一个主齿轮32来驱动两个同轴布置的从动齿轮，具体结构可以参考图2和图3以及上面关于齿轮差速驱动机构的优选方案，再利用另一个主齿轮32驱动一个第三从动齿轮，该第三从动齿轮的尺寸可以介于第一从动齿轮33和第二从动齿轮34之间，当然第三从动齿轮所在的环形台阶高度和尺寸也介于第一环形台阶41和第二环形台阶42之间，这样就满足了三层样品托盘层的层叠合拢布置以及展开后的差速驱动。
本实施例关于齿轮差速驱动机构的另一个可选方案为，可以在驱动主轴上设置一个主齿轮32，三个同轴布置的从动齿轮，主齿轮的厚度大于两个从动齿轮叠加的厚度，可以利用一个主齿轮32通过外切啮合的方式驱动两个从动齿轮，这两个从动齿轮所在环形台阶的尺寸和高度存在差异，再通过内切啮合的方式驱动另一个从动齿轮。这三个从动齿轮所在环形台阶的尺寸和高度各不相同并形成阶梯状结构。
如图4~图7所示，所述样品托盘5通过弹性部件52铰接在所述环形台阶靠近外侧边缘的位置。方便将样品托盘自动由合拢状态转动至展开状态。具体可以在所述样品托盘支撑台4的环形台阶靠近外侧的边缘位置设置安装槽43，然后再样品托盘5另一端设置在所述安装槽43内并通过弹性部件52进行弹性铰接。限位约束移除后样品托盘在弹性能部件(扭簧合页铰链)的驱动下展开。
如图4和图5所示，本实施例的每层所述样品托盘层包括的多个样品托盘5合拢后呈筒状结构围绕在所述支撑杆2四周。合拢后的样品托盘呈筒状结构布置在支撑杆四周，体积小，结构简单，可以减少发射难度，降低材料暴露实验的成本。
如图4和图5所示，所述筒状结构包括圆筒状结构或多边形筒状结构。可以采用不同形状或规格样品托盘，使合拢后的筒状结构可以为圆筒结构或多边形筒状结构。例如，样品托盘可以采用平板状结构，合拢后形成多边形筒状结构；或者将样品托盘内侧面设置为平面，外侧面设置为弧面，这样合拢后就形成了圆筒状结构。具体的，可以设置3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个等数量的样品托盘，这样样品托盘在合拢后可以形成三棱柱、四棱柱、五棱柱、六棱柱、七棱柱、八棱柱、九棱柱等结构。每层样品托盘层中的样品托盘数量可以相同，也可以不同。
如图4~图7所示，本实施例的一个优选方案为，采用两层样品托盘层，对应的，也设置了两个层环形台阶和两个带动对应环形台阶旋转的从动齿轮。每层样品托盘层可以设置8个样品托盘，8个样品托盘在合拢后可以形成八棱柱结构。
本实施例的锁紧释放机构可以采用多种形式来实现样品托盘5的合拢和释放展开。具体为，所述锁紧释放机构包括绳和电热元件，所述样品托盘5的另一端通过绳连接在支撑杆2上，所述电热元件安装在所述支撑杆2上并与所述绳对应布置，当需要将样品托盘5展开时，利用电热元件将对应的绳烧断即可解除对样品托盘5的束缚，使样品托盘5释放展开；或所述锁紧释放机构包括第一驱动机构、第一形状记忆合金和卡盘，所述样品托盘5的另一端通过卡盘卡接在所述支撑杆2另一端，所述第一形状记忆合金安装在所述支撑杆2上且与所述样品托盘5对应布置，所述第一驱动机构与所述第一形状记忆合金连接，第一形状记忆合金可以采用类似弹簧形状或折叠形状，当需要将样品托盘5展开时，通过第一驱动机构驱动第一形状记忆合金发生形变，使第一形状记忆合金将样品托盘5顶部的卡盘顶出，使样品托盘5展开释放；或所述锁紧释放机构包括第二驱动机构和第二形状记忆合金，所述第二形状记忆合金安装在所述支撑杆2另一端并与样品托盘5另一端的周侧限位卡接，所述第二驱动机构与所述第二形状记忆合金连接。当需要将样品托盘展开的时候，利用电热元件烧断绳即可；也可以利用卡盘将样品托盘卡接在支撑杆另一端，然后利用第一驱动机构驱动第一形状记忆合金形变，将卡盘顶起并脱离样品托盘，样品托盘端部的卡盘约束移除后，样品托盘可以在弹性部件的驱动下自动展开；或者不需要卡盘，直接利用第二形状记忆合金将样品托盘另一端的周侧进行限位卡接，利用第二驱动机构驱动第二形状记忆合金形变，解除第二形状记忆合金与样品托盘的卡接，将样品托盘可以在弹性部件的驱动下自动展开。卡盘可以采用平板状结构，其周侧设有多个L型卡爪，整个卡盘类似蜘蛛形状，L型卡爪将多个样品托盘5顶部限位束缚在一起。第一驱动机构和第二驱动机构可以采用热驱动、化学驱动、电驱动等多种驱动方式，来驱动形状记忆合金发生形变。
如图1所示，本实施例的所述支撑杆2另一端设有防护罩22，所述光学成像机构21安装在所述支撑杆2的另一端并位于所述防护罩22内；所述防护罩22采用纳米高分子隔热绝缘材料制成，所述防护罩22外侧包裹有一层原子氧布。本实施例的光学成像机构可以选用光学相机，采用防护罩以及原子氧布可以防止摄像头电路被空间环境腐蚀，保证摄像头的工作温度。
如图1、图 3~图7所示，本实施例的所述样品托盘5的外侧壁以及所述支撑架1的外侧壁上分别设有太阳能电池板6。能够利用太阳能电池板进行太阳能发电。
如图1所示，本实施例的所述支撑架1内设有电源11、主控模块12和通讯模块13，所述电源11和通讯模块13分别与所述主控模块12连接，所述主控模块12分别与光学成像机构21、差速旋转驱动机构3以及所述锁紧释放机构连接。可以将太阳能电池板6与各个用电模块进行连接，太阳能电池板6可以为各个用电模块提供电源。
如图1、图3~图7所示，本实施例的支撑架1上方设有上盖板14，底部设有下盖板15，支撑架1四周以及上下盖板上分别涂有隔热材料。本实施例支撑杆2作为光学成像机构21的支撑结构，可以选用铝合金材料制成。本实施例的样品托盘5 上设有多个样品槽，可以将样品放置在样品槽中，并通过盖板51进行扣合压紧定位，盖板51上与样品槽对应的位置开设有多个曝光孔，可以对样品材料进行曝光，曝光面积即为曝光孔的面积。
本实施例面向空间材料实验的可展开立方星的工作过程为，如图4~图7所示，样品托盘在未展开状态是围绕立方星支撑杆周围排列的两个同心层，如图4所示。样品托盘一端与八边形的样品托盘支撑台之间采用弹性部件铰接，在展开时打开样品托盘顶部的缩紧释放机构，样品托盘弹开，弹性部件可以保证样品托盘保持与立方星底面平行（也可以稍不平行，或者成一定角度布置，能够将样品托盘展开充分曝光即可）的角度位置。展开过程如图5所示。待两层样品托盘都展开并稳定后，如图6所示，此时内外层样品托盘是重叠的。随后通过差速旋转驱动机构即步进电机与齿轮组的差速运动，内外样品托盘以不同的角速度旋转。两层样品托盘最终可以暴露在外，不再互相遮挡，形成了可展开、可旋转的花瓣状结构，如图7所示。在材料进行暴露实验过程中，光学相机可在设定好的时间点对暴露的样品进行图像采集，如有需要，也可再次驱动样品托盘旋转至合适的拍照位置，光学相机通过通信模块以及主控模块将图像数据传输到地面。
本发明的立方星，为低轨道预设立方星，能够用于在低地球轨道上执行材料暴露实验，以克服现有技术材料暴露实验成本高，暴露范围有限的问题。本发明首次将材料暴露实验与立方星设计结合，使用有限尺寸的立方星实现较大面积的材料暴露实验。本发明基于材料暴露实验的立方星平台体积小、结构简单，可以减少发射难度，降低材料暴露实验的成本。另外，现有的材料暴露实验样品回收成本普遍较高。本发明提出了一种非回收式获得材料暴露实验结果的方法，利用立方星上携带的成像系统，在预设的时间点得到暴露平台上样品的图像，将目标图像发送至地面分析设备，获取样品暴露实验结果。
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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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。
Claims (10)
1.一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，包括支撑架、支撑杆、差速旋转驱动机构、光学成像机构以及多层样品托盘层；所述支撑架上连接有样品托盘支撑台，所述样品托盘支撑台包括多个阶梯状布置且由内至外高度逐层降低的环形台阶，每个所述环形台阶上布置有一层所述样品托盘层，每层所述样品托盘层包括多个样品托盘，所述样品托盘一端铰接在对应的环形台阶上；所述支撑杆一端与差速旋转驱动机构的连接轴连接，所述光学成像机构安装在所述支撑杆上，各层所述样品托盘层的样品托盘通过锁紧释放机构在所述支撑杆四周展开；所述差速旋转驱动机构与所述样品托盘支撑台的多个环形台阶连接，并驱动各个环形台阶分别带动其上的样品托盘绕所述支撑杆转动。
2.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述差速旋转驱动机构包括驱动主轴以及多个齿数不同的从动齿轮，多个所述从动齿轮同轴布置且与多个所述环形台阶一一对应连接；所述驱动主轴上连接有一个或多个主齿轮，所述主齿轮分别与对应的从动齿轮啮合并驱动对应从动齿轮上的环形台阶差速转动。
3.根据权利要求2所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述样品托盘支撑台包括两个阶梯状布置且由内至外逐渐降低的环形台阶，所述从动齿轮为同轴布置的两个且与两个所述环形台阶一一对应连接；所述驱动主轴上连接有一个主齿轮，所述主齿轮啮合在两个从动齿轮之间并同时驱动两个从动齿轮上的环形台阶差速转动。
4.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述样品托盘通过弹性部件铰接在所述环形台阶外侧边缘的位置。
5.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，每层所述样品托盘层包括的多个样品托盘合拢后呈筒状结构围绕在所述支撑杆四周。
6.根据权利要求5所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述筒状结构包括圆筒状结构或多边形筒状结构。
7.根据权利要求1至6任一项所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述锁紧释放机构包括绳和电热元件，所述样品托盘的另一端通过绳连接在支撑杆上，所述电热元件安装在所述支撑杆上并与所述绳对应布置；或所述锁紧释放机构包括第一驱动机构、第一形状记忆合金和卡盘，所述样品托盘的另一端通过卡盘卡接在所述支撑杆另一端，所述第一形状记忆合金安装在所述支撑杆上且与所述样品托盘对应布置，所述第一驱动机构与所述第一形状记忆合金连接；或所述锁紧释放机构包括第二驱动机构和第二形状记忆合金，所述第二形状记忆合金安装在所述支撑杆另一端并与样品托盘另一端的周侧限位卡接，所述第二驱动机构与所述第二形状记忆合金连接。
8.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述支撑杆另一端设有防护罩，所述光学成像机构安装在所述支撑杆的另一端并位于所述防护罩内；所述防护罩采用纳米高分子隔热绝缘材料制成，所述防护罩外侧包裹有一层原子氧布。
9.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述样品托盘的外侧壁以及所述支撑架的外侧壁上分别设有太阳能电池板。
10.根据权利要求1所述一种面向空间材料实验的可展开立方星，其特征在于，所述支撑架内设有电源、主控模块和通讯模块，所述电源和通讯模块分别与所述主控模块连接，所述主控模块分别与光学成像机构、差速旋转驱动机构以及所述锁紧释放机构连接。
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