美国小型太阳帆丢失

<正>2010年12月6日,美国航空航天局首次从一颗名为"快速、经济可承受科技卫星"(FASTSAT)的微卫星上释放了名为纳帆-D(NanoSail-D)的小型太阳帆卫星,以演示验证从太空微卫星上部署小型载荷的能力。     

英国太阳帆方案 被评为最优设计方案

1992年是哥伦布发现美洲大陆500周年,为了庆祝这个日子,届时将举行发射航天器到火星的竞赛。在这次史诗般的航行中,太阳帆将在太阳光压推动下到达红色火星。通过审定来自世界八方的投标表明,由英国剑桥咨询有限公司(CCL)设计的方案技术先进,富有想象力。这个以剑桥为依托的组织计划用工业界资助来完成该方案研究。     

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。     

太阳帆航天器的关键技术

将太阳帆航天器所涉及的关键技术划分为4个方面：总体设计、轨道和姿态动力学与控制、太阳帆材料及其性能、太阳帆折叠与展开。针对每项关键技术,基于对国外长期研究结果进行分析并阐述主要技术特征,梳理国内相关研究进展,包括笔者与合作者的研究成果,分析存在的主要问题。根据上述分析,指出我国发展太阳帆航天器应该重视的若干问题。     

太阳帆飞行器轨道动力学分析

通过分析对轨道要素影响最大的加速度分量,使太阳帆总是位于光压力沿这个加速度方向的分量最大的方位。通过分析轨道要素调整时的相互影响关系,提出了同时修正多种轨道偏差的控制方案。对处于地球静止轨道上太阳帆飞行器的轨道调整进行了数值仿真。结果证明利用太阳光压力进行轨道调整是可行的,而且有利的太阳方位是进行快速有效的轨道调整的必要条件。     

太空中的绿色动力太阳帆

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。光线实际上是光子流，当光子流受到物体阻挡时，光子就撞到该物体上，就像空气分子撞到物体上一样，它的动能就转化成对物体的压力。     

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。     

太阳帆柔性结构动力学仿真分析

研究了太阳帆结构的有限元仿真分析问题.针对太阳帆航天器实际结构特点,建立合理的有限元模型;得出合理的边界预紧力的大小与方向;给出太阳帆航天器伸展臂对预紧力的屈曲模态分析以及屈曲临界载荷;进行了太阳帆结构的无预紧力结构模态分析与有预紧力结构模态分析,并对结果进行了比较.研究结果表明,太阳帆航天器预紧力结构模态分析更为合理,为太阳帆航天器控制系统工程设计与仿真提供了参考数据基础.     

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)。     

世界首颗太阳帆卫星即将升空

世界上第一个以太阳帆为推进系统的航天器——“宇宙1号”正在紧锣密鼓地准备，现已进入总装、测试阶段。初步计划于2005年3月1日发射。     

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…     

太阳帆航天器悬浮轨道动力学与控制

基于线性动力学模型和非线性动力学模型,研究了太阳帆航天器日心悬浮轨道保持与控制问题.首先,推导出了柱坐标形式的太阳帆动力学方程,并在参考悬浮轨道附近线性化以建立状态方程,然后对状态方程进行可控性分析.通过合理选择控制变量加权矩阵R,用线性二次型调节器(LQR)对线性模型进行控制.将得到的控制律代入非线性模型中进行验证,表明该控制律渐近稳定,并且具有良好的控制精度,可实现太阳帆悬浮轨道控制.     

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。     

应用太阳帆悬停探测哑铃形小行星

研究了太阳帆航天器在哑铃形小行星引力场内的悬停探测可行性问题。哑铃形小行星代表了一类细长形的小行星,文中首先建立哑铃形小行星的简化动力学模型。针对可变反射面积的太阳帆,给出其在小行星引力场内的悬停动力学方程,并仿真求解了哑铃形小行星附近的太阳帆可行悬停探测区域。     

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.     

苏联将太阳帆技术用于卫星姿态控制

苏联正在研制一种新型科学卫星,卫星命名为“瑞佳塔”(Regatta)。这种卫星将利用太阳光压进行姿态控制。苏联计划在1993至1996年期间至少发射两颗这种卫星,此外还制定了另外三项飞行任务,其中包括一项绕月飞行任务。研制这种卫星的苏联空间研究院已向美国海洋大气局提出建议,希望美国使用这种卫星进行太阳爆发预警。美国私立空间研究院将代表苏联促成这一建议的实现。苏联新型科学卫星的任务包括等离子物理研究和磁层测量,至少有一颗星的使命与国际日地物理计划有关,美国、日本和欧空局都将在这一计划中起积极作用。     

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.     

基于ANCF的薄膜太阳帆自旋展开动力学模拟

执行深空探测任务的薄膜太阳帆在入轨展开过程中,其薄膜结构在宏观力学响应上表现出显著的拉压不对称特性.系统的动力学行为呈现出强烈的非线性特征,使其动力学建模与仿真计算面对巨大挑战.基于绝对节点坐标方法(Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF),整合张力场和不同模量弹性理论,推...     

利用逃逸能量的太阳帆最快交会轨迹优化

讨论了运载火箭的逃逸能量产生的初始速度增量对太阳帆最短时间交会问题的影响,将逃逸能量的影响处理为端点时刻状态方程受不等式约束的最优控制问题,利用间接法得到了对应的两点边值问题的求解模型。结果表明,利用该模型可以计算逃逸能量最佳的利用量,而最优的转移轨迹并非总是对应于最大的逃逸能量,因此合理利用逃逸能量能够有效缩短飞行时间。相对于一般的不考虑逃逸能量的太阳帆轨迹优化模型,本文中提出的模型能够有效利用末级火箭的助推能力,同时有效缩短了太阳帆的任务飞行时间,对于工程应用具有更实际的参考价值。