太阳帆是利用太阳在薄膜上的反射光压提供动力的航天器，在航行过程中不需消耗额外化学燃料和工作介质，具有质量小、收展比大、成本低、功耗低、航程长的特点。太阳帆技术难度大、涉及的学科门类多。国际上，日、美、英等国家相继成功在轨开展了太阳帆的技术和应用研究；国内，有多家单位也开展了太阳帆相关研究工作，沈阳自动化所首次在轨成功进行了关键技术试验。
天帆一号在轨飞行效果图
在国家自然科学基金、国家“****”等项目资助下，沈阳自动化所从2011年开始，便开展了空间柔性展开机构的相关研发工作，“天帆一号”是其中第一款飞行产品。“天帆一号”太阳帆将柔性膜折叠存储在展开机构内部，发射前大小不到0.5U，在潇湘一号07星卫星平台正常入轨之后，通过两级组合展开的方式开展技术验证。一级展开释放采用了热切割和被动释放机构，通过储能装置将太阳帆帆体从卫星平台中推出并翻转90度；二级展开机构采用主动驱动伸出四根双稳态帆桁，逐渐展开聚酰亚胺帆膜形成光帆，帆膜展开尺寸约为0.6平方米。
天帆一号两级展开过程示意图
“天帆一号”在轨试验由沈阳自动化所和天仪研究院联合完成。沈阳自动化所研究员刘金国被天仪研究院聘为该卫星的总设计师，带领团队开展太阳帆的总体设计、技术验证和环境试验工作；天仪研究院为天帆一号提供卫星平台、搭载发射和测控通讯等相关保障。从当前在轨返回的数据和图片表明，“天帆一号”太阳帆关键技术试验进展顺利，在轨验证了微小卫星两级主被动展开系统、多帆桁同步展开机构、可展开双稳态杆技术、柔性帆膜材料、帆膜折叠展开技术等多项关键技术，标志着太阳帆关键技术试验验证任务取得圆满成功。展开机构的相关研究成果将于2019年55卷21期《机械工程学报》以封面论文形式发表。此外，在本次任务中，“天帆一号”还将开展机构寿命、材料特性和轨道高度等研究，验证其离轨能力并探究其在空间碎片减缓中的潜在应用。
天帆一号在轨展开过程中的部分照片
太阳帆被广大****和专家认为是目前极具可能到达太阳系外的航天器，在小行星探测、地磁暴监测、太阳极地探测及空间碎片清除等方面具有广泛的应用前景。大型太阳帆被认为是未来行星间航行的关键手段，在空间科学探测中将发挥重要作用。在此次试验的基础上，沈阳自动化所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。（空间自动化技术研究室）
