5.1 折叠展开样机方案
太阳帆折叠展开原理样机由四根夹角90°的支撑臂与四块等腰直角三角形帆面组成，整体尺寸为8 m×8 m。支撑包装结构作为原理样机的主体支撑结构，包括中心体、帆面卷轴、限位槽等。支撑臂通过法兰与中心体相连，中心体上还安装有限位槽，引导支撑臂按设定路径展开；每个三角形帆面，底边两个端点与相邻支撑臂连接，顶点则固定于支撑包装结构的帆面卷轴上；支撑臂端部设置有滚转轴稳定机作为控制机构，支撑臂周向也设有滑动小车状控制机构。原理样机中不包括高压气瓶、姿态测量系统（星敏、太敏、陀螺）等。
原理样机的组成机构如下：
1.帆面
太阳帆原理样机帆面为正方形结构，由四个斜边长为8 m的等腰直角三角形组成，帆面薄膜与支撑臂之间用绳索连接。根据前文材料性能研究结果，帆面材料选用厚度12.5 μm的聚酰亚胺薄膜，薄膜单面镀铝，镀膜厚度为0.2 μm。
1）原理样机帆面拼接
采用幅宽1.2 m的聚酰亚胺薄膜，有效减少拼接的接缝数量及长度。选用图5-1中所示拼接方案，接缝数较少，且接缝方向与帆面展开拉伸力方向夹角为22.5°，展开过程中接缝受力较小，对接缝强度要求更小，帆面拉伸展开时发生接缝撕开的概率更小。
图5-1 帆面拼接方案示意图
聚酰亚胺薄膜镀铝膜的拼接形式有叠压粘接、对接粘接、叠压热压成型、聚酰亚胺热融成型等，在各种拼接方式中，聚酰亚胺热融成型是采用了聚酰亚胺的成型工艺，在拼接过程中将聚酰亚胺热融再成型，因此在接缝处强度与聚酰亚胺薄膜基本一致，是所有拼接方案中强度最高的一种，其缺点是在拼接过程中会破坏接缝附近的镀铝膜层，从而减少帆面的反射率，此外目前国内的聚酰亚胺材料制备工艺还具有一定的差距，不能实现大面积的聚酰亚胺薄膜热融拼接；而采用柔性聚酰亚胺胶带的粘接方案工艺过程简单，粘接强度取决于选用的胶带黏合力，经试验验证，所选用的胶带黏合力完全可以满足太阳帆帆面的强度要求。
对于帆面的粘接方式有两种方案，一种是层叠粘接，一种是对接粘接，如图5-2所示。我们对这两种方案进行了力学测试分析，样品的宽度为40 mm，测试有效长度为50 mm，如图5-3所示。
图5-2 12.5 μm聚酰亚胺薄膜粘接方式
（a）层叠粘接；（b）对接粘接
图5-3 12.5μm聚酰亚胺薄膜不同粘接方式应力-应变曲线
（a）层叠粘接；（b）对接粘接
根据测试结果，层叠粘接的断裂强度为220 MPa左右，而对接粘接的断裂强度为160 MPa左右，因此选用层叠粘接的方式进行原理样机帆面的拼接。
2）原理样机帆面加强
由于聚酰亚胺薄膜抗撕裂性能较弱，一个小裂口就会引起薄膜的大面积撕裂，为了保证在受到空间微流星撞击之后太阳帆依然能够可靠运行，需要在边缘进行加强。另外帆面的三个角是太阳帆的主要承力点，是帆面与支撑臂以及航天器主体连接的部位，也需要相应的加强。
分别对12.5 μm聚酰亚胺薄膜、中心击穿后12.5 μm聚酰亚胺薄膜、边缘撕裂后12.5 μm聚酰亚胺薄膜、50 μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）、边缘撕裂50 μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（图5-5）进行了力学测试，以分析薄膜在空间受到微流星击穿后所能承受的应力大小以及边缘强化效果，测试样品宽度为40 mm，测试有效长度为50 mm。所采用的测试设备如图5-4所示。
图5-4 测试所用的力学分析设备
图5-5 力学测试薄膜样品
（a）12.5 μm聚酰亚胺薄膜；（b）中心开孔12.5 μm聚酰亚胺薄膜；
（c）边缘撕裂12.5 μm聚酰亚胺薄膜；（d）50 μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）；
（e）边缘撕裂50μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）
薄膜测试结果如图5-6和图5-7所示，可以看出12.5 μm聚酰亚胺薄膜断裂强度可达270 MPa以上，50 μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）由于采用了双层粘接的结构，在拉伸过程中粘接部分开裂的影响导致强度有所降低，但是其断裂强度也接近200 MPa。同时从图5-8和图5-9中可以看出，由于薄膜厚度的增加，可耐受的拉力极限增加了4倍。
图5-6 12.5 μm聚酰亚胺薄膜的应力-应变曲线
图5-7 50 μm聚酰亚胺薄膜加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）应力-应变曲线
图5-8 12.5 μm聚酰亚胺薄膜断裂拉力及断裂伸长量
图5-9 50 μm聚酰亚胺薄膜加强后薄膜（总厚度62.5 μm）断裂拉力及断裂伸长量
对于中心开孔的12.5 μm聚酰亚胺薄膜，可耐受的最大应力为117 MPa，完全满足太阳帆的强度要求；边缘撕裂的12.5 μm聚酰亚胺薄膜断裂应力为44 MPa，而边缘撕裂的50 μm聚酰亚胺加强后的薄膜（总厚度62.5 μm）断裂应力接近60 MPa。尽管断裂应力增加不明显，但是由于厚度增加，薄膜可耐受的拉力极限也增加了五倍以上。如图5-10～图5-14所示。
图5-10 中心打孔12.5 μm聚酰亚胺薄膜的应力-应变曲线
图5-11 边缘撕裂12.5 μm聚酰亚胺薄膜的应力-应变曲线
图5-12 边缘撕裂50 μm聚酰亚胺加强后薄膜（总厚度62.5 μm）应力-应变曲线
图5-13 边缘撕裂12.5 μm聚酰亚胺薄膜断裂拉力及断裂伸长量
图5-14 边缘撕裂50 μm聚酰亚胺加强后薄膜（总厚度62.5 μm）断裂拉力及断裂伸长量
综上分析，原理样机帆面采用50 μm的聚酰亚胺胶带，在边缘对帆面进行粘贴加强。考虑到若加强宽度太宽，帆面重量将会增重，加强宽度太窄，边长加强度会降低，因此选择加强宽度为10 cm。
帆面的三个角处于直接受力位置，因此选用厚度125 μm的聚酰亚胺胶带进行粘贴加强，在加强部分的中心位置进行打孔处理，用于帆面与支撑臂之间的连接，在孔的边缘采用柔性不锈钢箔进行强化处理，粘贴加强方式如图5-15所示。
2.支撑臂
充气展开支撑臂是太阳帆原理样机的重要组成之一，是帆面展开的主要驱动结构单元，其可靠展开是保证太阳帆正常工作的关键。支撑臂采用薄壁铝薄膜层合结构（Kapton／Al／Kapton）和增强的弹性条组成，同时为了防止展开过程中的气体泄漏，在支撑管内部又设计了一个由Kapton薄膜加工而成的内胆，在其内部充入高压气体，在内部气体的作用下带动支撑臂可靠展开。
依据设计要求，针对5.6 m长充气展开支撑臂原理样机进行了研制技术方案研究，主要包括：支撑臂横截面设计、材料设计、端盖法兰盘设计、卷曲折叠设计、结构模态分析、粘接强度试验、气密性试验、支撑臂原理样机研制工艺及制备等，整体的充气支撑臂原理样机研制技术方案如图5-16所示。
1）原理样机充气支撑臂结构设计
•充气支撑臂结构设计
针对8 m×8 m的太阳帆原理样机，依据原理样机构型设计输入参数，四个充气展开支撑臂位于正方形太阳帆结构的对角线上，计算得出，每个充气支撑臂的长度为5 600 mm。考虑到支撑臂尽可能轻量化，同时支撑臂还要具有一定的抗弯刚度，设计支撑臂为等直径薄壁圆柱管型，壁厚为0.125 mm，直径为60 mm。支撑臂一端与中心体固定连接，另一端为自由端与帆面连接。
充气支撑臂具有两个功能，一个是提供折叠帆面从收拢到展开的驱动力，另一个作用是实现薄膜帆面展开后支撑力，两种功能都需要支撑臂具有足够高的结构刚度，主要通过充气展开支撑臂的横截面设计来提高结构刚度。充气支撑臂是由柔性材料制成，可卷曲折叠包装，通过充气来实现支撑臂展开，但充气保压方式不适合长期支撑帆面，因此需要采用具有一定刚度增强作用的增强条，在支撑臂完全展开后继续起到支撑作用。这就要求，选用的刚度增强条一方面能够随支撑臂一起卷曲折叠包装，另一方面展开后具有一定的抗弯刚度。基于展开力学功能的要求，选用T50钢材料作为原理样机充气支撑臂内壁的弹性增强条，设计为弹性薄壳结构，如图5-17所示，增强条的长度设计为5 600 mm，厚度0.23 mm，宽度15 mm，弧的深度2 mm。对应粘接内壁1点、5点、7点和11点钟的位置，如图5-18所示。作为提高刚度的材料，为保证弹性薄壳结构收拢时增强条不断裂，要求支撑臂卷曲折叠直径不小于100 mm。
图5-15 三角形帆面加强示意图
图5-16 支撑臂原理样机研制技术方案
支撑臂的充气展开过程必须是可控的，若没有必要的控制可能会导致结构不能按照预定的方式展开，影响到结构的形态，以及在展开过程中对结构施加较大的冲击力等问题，因此设计折叠支撑臂在充气展开过程中采用可分离的渐进式粘扣带（图5-19），实现卷曲折叠支撑臂有序地、稳定地且按一定方向地展开控制。粘扣带的粘接位置位于支撑臂的外壁面，与内壁1点、5点、7点和11点钟弹性增强条相对应（图5-18）。
图5-17 增强条的设计
图5-18 支撑臂横截面设计
图5-19 可分离的渐进式粘扣带
另外在结构设计中还有一个重要的细节，就是充气支撑臂外侧有两列均匀分布的小排气孔。这是因为支撑臂由外壁和充气内胆组成，内胆与支撑臂之间存在残余气体，当支撑臂在地面上卷曲折叠时，内胆内的气体可以排空，但两者之间的气体不能排出。这样一方面会影响展开机构的卷曲折叠半径；另一方面，由于空间环境气压极低，内部存在气体的充气支撑臂管壁容易膨胀破裂。为了避免这种情况的发生，需要在充气支撑臂的管壁上打一些排气孔，内胆在地面抽真空时，可轻轻压扁外壁并通过排气孔排净充气支撑臂与内胆之间的气体，进行卷曲收拢折叠，保证支撑臂在发射升空阶段也可排除残余气体。
依据弹性力学孔边应力集中问题的分析结果，得出管壁开孔后，孔边应力增加到原来值的3倍，即74.4 MPa，小于许用应力。考虑管壁对称性，在外壁上打两列孔，每列19个，孔的直径为4 mm，依据弹性力学孔边应力集中问题的分析结果，开孔引起的应力扰动，主要发生在距孔边1.5倍孔口尺寸的范围内，此区域外，开孔引起的应力扰动值一般小于5%，可以忽略。所以，开孔后间距为150 mm是安全的。这样残余在内胆与管壁之间的气体就会自动从排气孔排出。具体的设计图如图5-20所示。
图5-20 充气支撑臂壁上排气孔的设计图
•充气支撑臂材料设计
支撑臂外臂材料设计主要考虑空间环境的适应性对材料性能的要求，并参考国外在充气展开结构方面的研究进展，采用层合的铝薄膜结构（聚酰亚胺／Al／聚酰亚胺）作为充气支撑臂的管壁材料。层合铝薄膜结构是由聚酰亚胺薄膜和弹塑性的铝薄膜层合而成，聚酰亚胺薄膜覆盖在铝薄膜的两面（图5-21），其厚度为0.096 mm。当在外力的作用下达到铝薄膜的屈服点后，聚酰亚胺薄膜和铝薄膜将会被强化，这样刚度将会得到一定的增强。在耐温环境与长寿命方面，采用聚酰亚胺／Al／聚酰亚胺薄膜的充气支撑臂能够经受-90～90℃的温度范围。层合铝外表面的聚酰亚胺耐候性高于同类型的其他材料。
图5-21 充气支撑臂的管壁材料组成示意图
由于支撑臂的外壁采用层合铝设计，当卷曲折叠收拢后，层合铝边缘容易形成尖角，产生微孔，在支撑臂充气展开过程中产生气体泄漏，因此在支撑臂内部设计了一个由聚酰亚胺薄膜加工而成的内胆。内胆的设计长度为5 600 mm、厚度为0.025 mm、直径为60 mm，分别与上、下端盖相黏结。内胆搭接缝的宽度为15 mm，同时在与接缝对称的位置黏结同样宽度和厚度的聚酰亚胺薄膜（表5-1），保证内胆的直线度。采用搭接的内胆具有较高的抗剥离强度，其最大剪切强度为0.22 MPa，可承受50 kPa的内压差并保证接缝处不漏气。
表5-1 聚酰亚胺薄膜的相关参数
•端盖法兰盘设计
基于充气支撑臂结构设计，在5.6 m长充气支撑臂两端设计有两个法兰盘，分别安装在支撑臂自由端和支撑臂充气端，充气端法兰盘与太阳帆中心体支座相连接。因为充气支撑臂的外径设计为60 mm，考虑到胶的厚度和内胆的厚度，设计自由端盖与支撑臂连接部分的外直径为58.5 mm，充气端与支撑臂连接的端盖外直径为58.4 mm。具体的设计示意图如图5-22所示。同时充气端的端盖与中心体有连接接口，该端盖设计4个贯穿孔，孔的直径为4 mm。自由端的端盖与滚转轴稳定机（RSB杆）固定连接，同样该端盖设计4个贯穿孔。
图5-22 充气支撑臂结构的端盖设计图
（a）自由端的端盖设计图；（b）固支端盖设计图
对充气支撑臂的层合铝外壁与法兰盘进行约束设计，依据自由端处的端盖与管壁连接的长度为25 mm，考虑到安全性与可靠性，在自由端和充气端的端盖处设计两个同样的卡箍，其直径为60 mm、宽度为10 mm、厚度为1 mm（图5-23），分别通过一个直径4 mm的螺栓调节卡箍的间隙。
图5-23 充气支撑臂下卡箍设计图
•卷曲折叠设计
考虑到支撑臂增强条要求支撑臂卷曲折叠直径不小于100 mm，在支撑臂自由端设计一个直径为102 mm的填充块，折叠形式为卷曲折叠10圈。依据结构设计方案和材料设计方案，把5 600 mm长充气支撑臂按照螺旋的形式卷曲折叠，卷曲折叠后尺寸如图5-24所示。
图5-24 充气支撑臂卷曲折叠包装设计图
2）结构模态分析
针对太阳帆原理样机的支撑结构——充气展开支撑臂展开后的动态特性进行了仿真分析。如图5-25所示为支撑臂结构有限元模型和截面示意图。由于充气支撑臂截面形状不是数学意义的圆形截面，而是局部分散式弹性壳组合结构，因此采用壳单元进行计算。另外，为了保证计算的效率，对支撑臂结构进行如下简化：忽略加工过程中支撑臂的成型搭接带的影响；同时也假定增强条和层合铝外壁之间理性粘接，忽略粘接胶的附加质量；忽略周围气体的附加质量对其振动特性的影响。
图5-25 支撑臂结构有限元模型和截面示意图
太阳帆的充气支撑臂结构主要采用层合铝薄膜制成，内附双稳态薄壳结构（增强条），可以实现充气支撑臂结构展开后的稳定性。层合铝薄膜的弹性模量为14.35 GPa，泊松比为0.34，密度为2 114 kg／m3，厚度为0.096 mm。双稳态薄壳结构采用T50钢制作而成，其弹性模量为160 GPa，泊松比为0.3，密度为7 600 kg／m3，厚度为0.15 mm，宽度为15 mm。铝膜和双稳定壳结构粘接一起，为了方便计算，本文忽略二者之间的接触，把二者近似看作壳结构，并利用复合材料层合板理论得到该处模型的弹性模量为153.2 GPa，泊松比为0.31，厚度为0.326 mm。
采用有限单元方法对充气支撑臂结构的模态进行了分析，并得到支撑臂结构前6阶模态频率（表5-2），其中前几阶模态成对出现，第1阶模态和第2阶模态频率相等，为1.36 Hz，振型分别为支撑臂的上下弯曲振动和前后弯曲振动；第3阶模态和第4阶模态相等，为8.7 Hz，振型分别为竖直平面内的波形振动和水平面内的波形振动，这正说明支撑臂截面结构对称、质量分布均匀的特性。
表5-2 支撑臂结构的前6阶模态频率和误差
3）粘接强度试验
支撑臂充气内胆和外壁均采用搭接工艺制备，依据GB／T 1040.1—2006制备试件，来验证采用搭接工艺制备而成的试件强度。试件分为两组制作，其中Kapton薄膜材料试件为一组，Kapton／Al／Kapton薄膜材料试件为一组，每组制作10个试件。试件结构形式见图5-26，测试试件如图5-27所示。
图5-26 试件结构形式
图5-27 测试试件
试验设备为纺织材料拉力试验机，常温常湿环境，试验分两组进行，如图5-28所示。传感器额定强力为10 000 N，所用夹具为带类夹具，试验方法按照GB／T 1040.1—2006执行。
图5-28 试件强度试验
试件的搭接强度试验是为了考核内胆和外壁的粘接强度。搭接强度试验过程中试件全部从材料根部断裂，说明胶接强力已大于聚酰亚胺薄膜的强力，从表5-3、表5-4中可以看出，内胆搭接强力最大值为2 509 N／30 mm，最小值为2 224 N／30 mm，均值为2 404 N／30 mm。外壁搭接强力最大值为2 966 N／30 mm，最小值为2 690 N／30 mm，均值为2 851 N／30 mm。
表5-3 Kapton薄膜试件接点拉伸数据
表5-4 Kapton／Al／Kapton薄膜试件接点拉伸数据
4）气密性试验
整个充气支撑臂内胆试件的制作按照GB／T 1040.1—2006执行，包括裁剪加工、胶接、法兰的粘接。试件的内胆材料为Kapton薄膜，上下端头采用法兰连接，共制作4个试件。
试件试验过程如下：将试件在展开状态下加压至50 kPa，待充气压力保持稳定后开始计时，保压5 min后，继续保压24 h，测量管内压力，并记录环境温度和压力值。测量压力表为KIMO公司的CP200型数字压力表。试验件的气密试验充气状态如图5-29所示。
图5-29 充气支撑臂内胆充气状态
整管试件的气密试验是为了验证内胆粘接工艺的气密性。试件的基本尺寸为长5 600 mm、直径为60 mm，密封材料为厚0.025 mm的聚酰亚胺薄膜。因为聚酰亚胺薄膜无漏率，所以内胆的漏率产生主要与粘接工艺和胶的粘接强度有关。表5-5的气密试验测试结果表明：内部气压50 kPa时，保压5 min，压降不超过0.1%；保压24 h，管内气压高于45 kPa，满足性能要求。
表5-5 试件气密试验数据
续表
5）支撑臂原理样机研制工艺及制备
支撑臂管壁是在铝箔的上下表面压延聚酰亚胺薄膜形成的层合铝薄膜，外表面要粘接具有控制展开速度的4条尼龙搭扣，同时内表面要粘接4根弧形纤维复合材料的增强条，整体研制流程如图5-30所示。充气支撑臂加工过程如图5-31所示，充气展开支撑臂原理样机整体如图5-32所示。
图5-30 制备充气伸展臂流程
图5-31 充气支撑臂加工过程
图5-32 充气展开支撑臂原理样机整体
3.滑块执行机构
1）总体设计
滑块执行机构通过滑块自身在充气支撑臂上的移动，改变太阳帆航天器的质量分布，从而改变太阳帆的质心，使得太阳光压力产生对某个轴的转动力矩，从而达到姿态调整的目的。
滑块执行机构由7个部件组成：上支架、下支架、主动轮、从动轮、驱动电机、电机卡片、预紧调节螺杆，如图5-33所示。上支架用于安装从动轮，下支架用于安装驱动电机与主动轮，左侧面的T型支座用于安装预紧调节螺杆，在预紧调节螺杆的调节作用下，上支架可以上下移动，使从动轮夹紧支撑臂。右侧面的T型支座用于安装预紧调节螺杆，在预紧调节螺杆的调节作用下，下支架可以上下移动，使主动轮夹紧支撑臂。
图5-33 滑块执行机构整体装配图
2）控制驱动系统设计
滑块执行机构采用无线远程控制驱动方式。滑块执行机构本体上安装有无线接收电路模块以及锂电池组，远程控制计算机上安装有无线控制发射器与控制软件。
无线接收电路模块与步进电机连接，锂电池组分别与无线接收电路模块和步进电机连接。步进电机在接收到控制信号后，可以实现正转、反转、固定滑动速度、固定行程的运行模式。无线控制发射器以USB接口模式安装在远程控制计算机上，负责对滑块执行机构发射无线控制指令。控制软件安装在远程控制计算机上，通过手动输入控制参数，实现对滑块执行机构的多模式远程控制：在控制软件中可以输入步进电机转速参数，用于控制滑块执行机构滑动速度；控制软件中可以输入滑动时长，用于控制滑块执行机构滑动行程。
控制驱动设计可以针对滑块执行机构在运行中突发停滞故障模式进行相应的处理调节。滑块执行机构在运行中有可能因为各种原因，如瞬态阻力矩过大而运动卡死、无线信号传输接收瞬间间断等而出现故障。当滑块执行机构出现故障时，在控制软件上会出现相应的故障提示信息，同时软件自动进行停止指令，使步进电机停止工作，继而整套系统全面关闭进行系统重启，软件自行对各项指标进行检查后，将步进电机的最小转速步长作为输入参数再次对步进电机进行启动控制，以获得最大转动扭矩，从而使滑块执行机构在故障点重启开动。
3）原理样机研制
滑块执行机构除了远程无线控制软件、无线控制信号发射器两部分外，其他部分需要进行机械装配安装形成整体机构。
首先，将主动轮安装于步进电机两端的输出轴上，再用电机卡片将步进电机安装于下支架上；然后将从动轮安装于上支架上，再通过预紧调节组合螺杆将上下支架进行连接；最后将步进电机驱动器、无线控制接收模块、锂电池组固定安装在上支架上方，通过导线进行连接。
滑块执行机构自身装配完毕后，需要安装到太阳帆支撑臂上。首先将一侧预紧调节组合螺杆拆开，将滑块执行机构套在太阳帆支撑臂上，再将拆开的预紧调节组合螺杆闭合。最后通过预紧调节组合螺杆的调节功能实现滑块执行机构与太阳帆支撑臂夹紧状态。
研制出的滑块原理样机如图5-34所示。
图5-34 滑块原理样机实物图
4.滚转轴稳定机（RSB）
1）总体设计
滚转轴稳定机（Roll Stabilizer Bars，RSB）通过电机带动转杆转动，改变太阳帆航天器帆面法向方向，使得太阳光压力产生对帆面法向轴的转动力矩，从而达到调整太阳帆航天器滚转角的目的。
滚转轴稳定机执行机构由5个部件组成：安装底盘、电机安装支架、驱动电机、联轴卡片和转杆。安装底盘用于与支撑臂端部法兰相连接，同时作为电机安装支架的安装面，固定驱动电机。驱动电机通过两侧的夹紧块被限制在中间位置，可以通过连接于夹紧块的螺杆进行位置调节，并且通过两侧螺杆进行紧固。联轴卡片用于将电机输出轴与转杆进行连接，用螺钉通过卡片上的螺纹孔将两个卡片与电机输出轴卡紧，使得电机可以带动转杆同步转动。转杆通过联轴卡片与电机输出轴固定，电机输出轴插入转杆中部销孔中。在驱动电机带动下，转杆绕伸展臂轴向方向转动，其两端与各自相邻的帆面连接，达到转动帆面、调节帆面法向方向的作用。滚转轴稳定机整体装配图如图5-35所示。
图5-35 滚转轴稳定机整体装配图
2）控制驱动系统设计
滚转轴稳定机采用无线远程控制驱动方式。滚转轴稳定机本体上安装有无线接收电路模块以及锂电池组，远程控制计算机上安装有无线控制发射器与控制软件。
无线接收电路模块与驱动电机连接，锂电池组分别与无线接收电路模块和驱动电机连接。驱动电机在接收到控制信号后，可以实现正转、反转的运行模式。无线控制发射器以USB接口模式安装在远程控制计算机上，负责对滚转轴稳定机执行机构发射无线控制指令。控制软件安装在远程控制计算机上，通过手动按钮控制，实现对滚转轴稳定机的远程遥控。
3）原理样机研制
RSB除了远程无线控制软件、无线控制信号发射器两部分外，其他部分需要进行机械装配安装形成整体机构。将转杆通过连轴卡片与减速直流电机输出轴相连接，减速直流电机与电机卡片夹紧于安装支架上，安装支架安装于安装底盘上，通过螺钉紧固。最后将无线接收模块、锂电池组固定安装在安装支架上，通过导线进行连接。RSB自身装配完毕后，通过安装底盘安装到太阳帆支撑臂自由端端部上，RSB转杆端部通过轴承与帆面角点挂钩连接。
研制出的原理样机如图5-36所示。
图5-36 滚转轴稳定机原理样机实物图
5.中心支撑包装结构
原理样机采用开放式支撑包装结构，由中心支撑体、限位导向槽、帆面卷轴轴承、顶板、底板连接组装而成，如图5-37所示。整个支撑包装结构为0.5 m×0.5 m×0.5 m的立方体，质量约10 kg。
图5-37 太阳帆原理样机支撑包装结构
原理样机装配过程如下：
（1）支撑臂卷曲折叠固定：将姿态控制机构中的滚转稳定机与支撑臂自由端进行固定，而支撑臂固定端则通过法兰安装于支撑包装结构中心体上；支撑臂卷曲收纳后，按照滚转轴稳定机RSB杆的实际高度位置，调整限位导向槽的高度位置，将支撑臂收纳单元推入两个限位导向槽中间，RSB杆嵌入槽中进行固定，如图5-38所示。
图5-38 支撑臂卷曲折叠固定过程
（2）帆面收纳连接：将帆面按照预定方式进行初步折叠，折叠后帆面呈长条形，将帆面直角端D扣固定于帆面卷轴上。直角端固定后，将长条形的已折叠帆面沿顺时针方向卷曲缠绕至帆面卷轴上，收纳完成后外露的帆面45°角端点与两侧相邻已收纳支撑臂的RSB杆单元进行连接。帆面收纳连接过程如图5-39所示。
图5-39 帆面收纳连接过程
（3）整体收拢：将滑块固定在支撑臂的固定端附近，最后用包带将整体卷好的帆面与支撑臂整体包裹住，至此太阳帆原理样机的组装完成，如图5-40、图5-41所示。
图5-40 原理样机组装操作过程
图5-41 原理样机折叠收纳图