基于形状记忆合金的空间分离装置研究进展

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1、第35卷第5期航天返回与遥感2014年10月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING9基于形状记忆合金的空间分离装置研究进展曹乃亮董得义李志来（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033）摘要航天器需要分离装置实现空间分离功能，传统的火工品分离装置存在高冲击、高污染以及不可重复使用等缺点，形状记忆合金（shapememoryalloy,SMA）可以有效解决传统火工品分离装置的不足。文章对国际上基于形状记忆合金的空间分离装置（shapememoryalloyreleased

2、evice,SMARD）的研究现状进行了概述，对不同类型的SMA分离装置的研究进展加以介绍，进一步分析了用于微小卫星的分离装置研究进展；分别从承载能力、质量、体积、冲击性能、分离时间、重置性、兼容性七个方面对这些装置进行了分析对比，提出了进一步开发新型SMARD的建议，为SMARD的选择、设计和深入研究提供有益的参考。关键词形状记忆合金分离机构冲击火工品航天器中图分类号:V47文献标志码:A文章编号:1009-8518(2014)05-0009-10DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2

3、014.05.002Non-pyrotechnicSeparationDevicesResearchBasedonShapeMemoryAlloyCAONailiangDONGDeyiLIZhilai（ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofScience,Changchun130033,China）AbstractSpacecraftneedseparationdevicestorealizespacesepara

4、tionfunction.Thetraditionalpyro-technicseparationdeviceshavethedrawbacksofhighshock,contaminationandunavailabilityofreset.Appli-cationofshapememoryalloys(SMA)inseparationdevicesbringsthedawn.Inthisarticle,theresearchstatusofshapememoryalloyreleasedevice(SMA

5、RD)issummarizedanddifferenttypesofSMAseparationdeviceareintroduced.Thesedeviceshavebeenanalyzedandcomparedinsevenaspectsincludingcarryingcapacity,mass,volume,impactcharacteristics,separationtime,resetandcompatibility,somesuggestionondevelopmentofnewtypeSMAR

6、Disproposed;Thesummaryandanalysisinthisarticleprovidesomereferenceforselection,designandfurtherresearchofSMARD.Keywordsshapememoryalloy;separationdevice;shock;pyrotechnics;spacecraft0引言火箭的级间分离，航天器的分离，有效载荷的分离释放，太阳翼、天线及其他附属物的部署，都需[1]要分离装置来完成。这些空间分离机构一方面保证在发射过

7、程中可靠连接，另一方面在入轨之后能够可靠分离。不同的任务需要对分离装置的同步性、体积、冲击性等有不同的要求，传统的火工品分离装[2-3]置可靠性高、能率大、作用速度快、体积小，但也存在以下几个问题：火工品爆炸产生的高冲击加速收稿日期：2014-06-24基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.6136015）10航天返回与遥感2014年第35卷度，对电子设备，光学元件会带来损坏；产生污染物；需要特殊的保存、运输条件；不可重置，加工、试验费用高。NASA统计了从1963至1988年间的600次发射任务，与火工

8、品失效相关的故障有84次，其中一半[4-5]的故障导致任务失败。[6]新型的非火工品分离机构，如热切割、石蜡驱动机构和机电线轴机构，技术较为成熟，但也存在一些不足，例如热切割和石蜡驱动机构响应时间较慢，机电线轴机构分离冲击较大等；随着微小卫星的[7]发展，对分离装置的冲击、污染提出了更高的要求。这种尺寸的卫星结构紧凑，对冲击、污染更敏感，迫切需要开发新型的分离装置，以替代现有的火工分离装置。形状记忆