美丽的星际风筝

<正>2010年5月21日,日本在发射黎明号金星探测器时还搭载放飞了耗资15亿日元(1600万美元)的"太阳辐射加速星际风筝"(简称"伊卡洛斯")的太阳帆航天器,以检验是否能够利用太阳能实现加速飞行。日本宇宙探索局6月10日称,在距地球约770万千米的太空,通过转动直径1.6米、高0.8米的圆柱形机体,利用离心力,"伊卡洛斯"已成功展开了折叠收藏在机体外侧的14平方米的薄膜帆。6月15日,从太阳帆中心机     

太阳帆技术在探索中前进

2010年有3个太阳帆扬帆太空,它们分别是日本在2010年5月21日发射的"通过太阳辐射加速的星际风筝-飞行器"(IKAROS,音译为"伊卡洛斯"),美国计划在2010年9月5日发射的纳帆-D2(Nanosail-D2)和在2010年年底发射的光帆-1(Lightsail-1)。     

驭光而行的“光帆”飞船

正"光帆"飞船是由行星协会开展的一个民众资助的项目。在这个项目中,行星协会将一个小型的航天器发射到地球轨道。这个航天器是靠巨大的反光帆驱动的,帆的面积为32平方米。太阳帆以太阳能为动力——通过光驱动飞行。光是由被称为光子的能量包形成。尽管光子没有质量,但其作为光包运行时具有能量和动量。太阳帆航天器依靠大面积的轻型镜面——帆板——来捕获光的动能。当光在帆面得到     

乘着太阳帆去旅行

<正>美国行星学会年初宣布,今年5月将在佛罗里达州的卡纳维拉尔角,通过搭载"宇宙神"5型火箭首次试飞太阳帆飞行器——太阳帆-1。太阳帆项目是美国行星学会完全依靠私人集资,基于太阳帆技术的立方星任务。太阳帆-1包含了一个面包大小的"3U"立方体小卫星,由加州圣路易斯奥比斯波的星际探索公司设计。测试和飞行准备一揽子项目的承包商为日蚀企业公司。佐治亚理工学院的地面站负责测试。     

大型太阳帆薄膜折叠及展开过程数值分析

针对深空太阳帆帆面薄膜折叠方式及太阳帆空间展开过程的优化问题,在叶内折叠、叶外折叠方式的基础上,提出了一种斜叶外折叠方式,并通过建立不同的参数模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对5种折叠模型展开过程进行了力学分析.分析结果表明,新提出的斜叶外折叠方式是较适合空间应用的太阳帆帆面折叠方式.太阳帆在空间展开过程中帆面应力与展开速度、折叠宽度等因素相关,帆面与支撑杆连接的顶点区域是整块帆面应力最大的区域,应重点进行加固.研究结果将为大型太阳帆薄膜材料选择及结构设计提供重要依据.     

利用绳系太阳帆减缓小行星自转的技术研究

提出一种利用太阳帆绳系系统逐渐减小小行星自转速率的方法。在系绳长度不变的情况下,利用太阳帆受到的太阳光压力使其始终保持与小行星同步,避免了由于小行星自转而引起的系绳缠绕问题。通过控制太阳帆使系绳始终拉紧,系绳中的拉力便可以持续提供一个与小行星自转方向相反的力矩,从而减小其自转速率。仿真结果表明,面积10⁶ m²的太阳帆,经过约86天可将小行星的自转消除,验证了该方法的有效性。     

行星协会和它驭光而行的探索旅程

正飞行的梦想一直根植于人类心中。在最近热播的电视剧《择天记》中,英俊潇洒、风流倜傥的汶水唐家公子唐三十六就带着他的鹏程飞翅从天而降。今天,虽然地球之外有着形形色色的飞行器,但很多人相信,利用光帆飞行是星际远航最可行的办法。然而,尽管光帆飞船构想的提出比人类第一枚火箭成功发射还要早30多年,但它的发展却不是一帆风顺的,包含了人类将近一个世纪的梦想和曲折。     

太阳帆航天器行星际轨道转移优化算法

研究基于遗传算法的太阳帆行星际转移轨道的全局优化问题.通过极小值原理推导了太阳帆全局优化控制律,并以太阳帆飞行时间最短为优化目标函数,运用遗传算法对发射时间、到达时间和协态变量初值进行参数优化设计.为了解决轨道转移这一多约束优化问题,在遗传算法中加入动态罚函数.在此理论基础上作了从地球同步轨道出发到火星同步轨道转移和从地球出发与火星交会两个算例,仿真结果表明了该方法在太阳帆转移轨道全局优化中的有效性.     

俄进行首次太阳帆展开试验

1993年2月4日,俄罗斯进行了世界上首次太阳帆展开试验,将太阳光反射到地面。这次试验的成功为下一步在空间部署大型太阳帆取得了经验。这个试验型太阳帆安装在进步号飞船的前端,展开后直径为20米。进步号飞船是1992年10月30日上天的,一直与和平号空间站对接在一起。莫斯科时间2月4日上午4时,进步号飞船与和平号空间站分离。15分钟后,进步号漂移到距离和平号空间站约200米处,开始展开太阳帆。太阳帆的展开过程由俄罗斯能源科学生产联合体操纵。该联合体的工程技术人员说,盘形太阳帆的展开是一项十分细致的空间操作,但是,展开工作进展得非常顺利,比预定的速度快。     

太阳帆航天器编队维持和重构的方法研究

针对高面质比航天器可以利用太阳光压进行轨道控制的特点,本文提出一种太阳帆航天器编队构型维持和重构的方法.该方法通过控制主从航天器太阳帆姿态角和反射系数,调整主从航天器之间的光压差,产生抵消编队成员间相对运动受到摄动差或进行轨道机动时所需的连续小推力,从而实现编队构型的维持和重构.仿真结果表明,在主航天器太阳帆的姿态角和反射系数相对固定的条件下,对于太阳同步轨道上的高面质比太阳帆航天器编队,使用滑模控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生推力抵消摄动力影响,达到长期维持太阳帆航天器编队构型的目的;通过开环控制方法,能够调整编队中从航天器太阳帆的姿态角和反射系数产生连续小推力,在较长时间周期内实现编队重构.     

驾驭小行星

科学家正在研究,利用常规火箭把一个“太阳帆”发送到近地小行星上,并将它根植于小行星的表面。届时这个帆能够吸收由太阳放射出的光子,从而像风吹动一条船上的帆一样,把小行星推离原来的轨道。在天文学界,近地小行星始终是一个热门课题。人类累计观测到的小行星已有将近6000颗,其中已测算出运行轨道的大约有3000颗。小行星是人类最大的但又是最不清楚的天然威胁,天文学家称其为“捣蛋鬼”。地球周围有这么多的“捣蛋鬼”,天文学家们当然不能保证这些“捣蛋鬼”不会捣蛋。2002年7月24日,美国媒体报道了一条科学简讯:同年7月9日,美国麻省理工…     

太阳帆:太空中的绿色动力——访国际宇航科学院院士朱毅麟

<正>问:什么是太阳帆?答:所谓太阳帆,就是一个在太空展开的面积很大、表面平整、光滑、无斑点和皱纹的薄膜,薄膜一般由聚酯或聚酰亚胺等高分子材料制成,表面镀铝或银,使其具有全反射的特性。问:太阳帆是如何获得动力的?答:太阳光传送光和热,照到人身上,人会感到暖洋洋的,但从来也没有人感觉到太阳光有压力。实际上,太阳光是有压力的,因为光具有两重性,既是电磁波,又是粒子——光子。光线实     

从海王星到冥王星

"旅行者"2号的发现"旅行者"2号是美国航宇局于1977年8月20日发射的无人星际探测器。它依次拜访了木星、土星和天王星,1989年8月25日到达海王星附近,对被4850千米厚的云层覆盖的海王星进行了考察。"旅行者"2号探测器在飞行期间,不断地将大量星际信息发回到地球,由此扩大了人类对星际的了解。     

太阳帆推进任务的快速仿真方法

研究太阳帆的力学特性和轨道控制设计方法,导出太阳帆的无奇点控制律.提出通过STK中MATLAB语言编写的嵌入式脚本（Plug in Script）来将由控制律得到的光压力加速度矢量,添加到STK轨道计算力学模型中,从而进行轨道控制的方法.仿真结果表明,对于常规方法难以进行仿真分析的航天器动力学模型（如太阳帆）,所提出的方法能快速灵活地支持其相应的任务,并增强任务场景的可视化,从而实现利用STK丰富的功能特性进行复杂航天任务的设计、分析和验证.     

太空新航线

俄太阳帆试验失败 7月20日,俄罗斯从一艘潜艇上用一枚改装过的波浪导弹发射了名为“宇宙-1”号的太阳帆飞船。发射时,太阳帆处于折叠状态装在导弹弹头。然而,由于火箭的第三级没有与太阳帆飞船分离,太阳帆未能展开,试验失败。太阳帆飞船这一概念诞生于20世纪20年代,是一种利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器。由于太阳光子具有源源不断、方向固定等特点,借助太阳帆为动力的航天器无须携带任何燃料,在太阳光子的撞击下,航天器的飞行速度会不断增加,并最终飞抵距地球非常遥远的天体。根据理论计算,直径约300米的太阳帆可使总重约0.5吨的飞船在200多天     

“离轨帆”技术：帮助卫星“清理自己”

<正>新闻:9月12日,长征四号乙运载火箭在太原卫星发射中心点火升空,成功实施一箭三星发射。其中的金牛座纳星,主载荷为中国首个标配式卫星离轨帆装置,肩负着验证"离轨帆"技术的使命。解读:针对太空垃圾的主力军——失效卫星如何清理,航天业界研究了多种技术。专家认为,近地700公里以内的低轨微小卫星采用薄膜"离轨帆"标配装置,是目前一种非常便捷、经济的方式。金牛座纳星此次奔赴太     

太阳帆飞船:让我们飞得更远

２０００年７月２０日，俄罗斯潜艇用一枚经过改装的“波浪”型导弹，在巴伦支海成功地进行了太阳帆飞船的发射实验。名为“宇宙１”号的太阳帆飞船装在导弹弹头中，其中的太阳帆在发射过程中处于折叠状态。当导弹弹头在液体燃料发动机的推动下进入远地点约１２００千米的太空轨道后，飞船与弹头分离，并缓缓地张开了两个花瓣状、总直径约２６米的太阳帆。这艘太阳帆飞船在近地轨道飞行约２５分钟后，按预定计划返回了地球，并准确降落至俄勘察加半岛。本次发射升空的“宇宙１”号为历史上第一艘实验型太阳帆飞船，它是由俄罗斯马克耶夫科学…     

太阳帆航天器姿态机动的复合控制研究

输入成型法无法消除姿态机动过程中的柔性振动,残留的柔性振动将改变大柔性太阳帆航天器的结构参数,影响姿态机动的控制精度。为此,基于两种控制手段（作用于太阳帆中心的喷气和作用于支撑杆顶端的电推进）的组合,提出复合控制方法,以消除姿态机动过程中的柔性振动。采用将帆面质量等效到支撑杆的简化方法,建立太阳帆航天器姿态运动与柔性振动的耦合动力学模型,并从减小振动模态的外加激励出发,根据简化的动力学模型,得到了两种复合控制的设计方法：消除某一阶的柔性振动方法和减小前n（n>1）阶的柔性振动方法。仿真结果表明,相比输入成型法,第二种复合控制方法不但机动时间短,还能够将姿态机动过程中的柔性振动抑制到5%,使机动角度精度优于0.003°。由于仅利用已有的控制手段,复合控制方法算法简单,适合于实际应用。     

旅行者1号:首个进入星际空间的探测器

<正>今年9月5日是人类首个进入星际空间的探测器"旅行者1号"成功发射升空飞行40周年的日子,它是历史上飞行距离最远、最长寿的航天器,尽管已经距离地球很远,它每天仍与美国宇航局联系,继续探索着人类未知的深空。"孪生兄弟"旅行者1号和2号为了探测太阳系的行星和观测太阳以及更远的深空,美国宇航局先后于1972年3月2日和1973年4月6日,分别发射了先驱者10号和11号探测器。又于1977年8月20日     

美国“星际边界探测者”卫星升空

2008年10月19日,美国成功发射了"星际边界探测者"(IBEX,见图1)天文卫星,用于全面探测太阳系边界区域.