“光帆”2扬帆启航

<正>就像古代的水手一样,星际"冒险家"有朝一日也许会在星际扬"帆"远航,但是星际"水手"利用的不是海上的风而是太阳光。太阳帆利用太阳的光压在太空航行,为人类提供一种新的技术方案。"光帆"2任务成功2019年7月31日,美国行星学会宣布其6月25日由猎鹰重型火箭从肯尼迪航天中心发射的"光帆"2小卫星已成功验证了利用太阳帆来改变轨道的能力。这颗三体立方星在其     

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。     

纳型卫星扬“帆”起航

正"宇宙1"号太阳帆飞船发射失败后,行星协会理事会的成员,尤其是安·德鲁伊恩,仍然对太阳帆项目给予了坚定的支持。她鼓励我不要放弃,尽快从挫折中恢复自信。安是一位企业家,对"宇宙工作室"充满了浓厚的兴趣,和我一起努力寻找新的赞助商和捐助人。媒体公司似乎是一个很自然的选择,她成功地从美国探索频道获得了种子基金,这笔资金使我们能够对"宇宙1"号的失败进行调查,并重新设计成本少、风险低的新型微型航天器。     

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     

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     

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…     

日本放飞首个“星际风筝”

"通过太阳辐射加速的星际风筝-飞行器"(IKAROS,音译为"伊卡洛斯")是日本设计的第1个验证利用太阳光压驱动进行自由飞行的航天器,由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)研制,在2010年5月21日与包括行星-C(Planet-C)金星探测器在内的5个航天器一起,由日本H-2A火箭从种子岛发射。     

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.     

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)。     

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。     

引力场中运动物体加速度的各向异性

在引力或任何其它力的作用下 ,运动物体的加速度是各向异性的。即在同样大小力的作用下 ,力与速度方向垂直时的加速度要大于力与速度方向一致时的加速度。将这种横向额外加速度理论应用在天体力学方面 ,正确地计算了行星近日点的“多余”进动角和光线在经过太阳表面时由引力引起的偏转角。并且定性地解释了最近发现的所谓航天器的“奇异”加速度。因此 ,行星、航天器和光子等等完全不同的物体在引力场中的运动轨道可以用完全相同的物理机制——“加速度各向异性”理论扩展了的牛顿理论加以描述。     

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。     

宇宙-1将扬帆启航

世界第1个太阳帆航天器——宇宙-1的首次飞行已经进入了倒计时阶段。由私人投资的宇宙-1定于2005年在巴伦支海域的俄罗斯潜艇上发射。届时,宇宙-1将由俄罗斯洲际弹道导弹改装而成的波浪号火箭送入近极地轨道。图1为宇宙-1实物图。     

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。     

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.     

一种用于运动目标捕获的行星轮差动式欠驱动臂

为解决运动目标捕获过程中的碰撞问题,采用欠驱动自适应原理研制了具有碰撞能量吸收能力的机械臂。三自由度的机械臂由2个电机驱动:基关节由单个电机驱动;中关节和末关节由一个单输入双输出行星轮组完成动力分配。在机械臂捕获运动目标过程中,碰撞产生的部分冲击能量通过欠驱动行星轮组传递到末关节,转化为关节动能。依靠欠驱动机械系统完成对碰撞的响应,解决了控制系统因时延而无法快速对碰撞进行响应的难题。为完成对目标的抓取,基于阻抗控制提出了机械臂运动目标捕获控制算法。运动目标捕获实验验证了机械臂对碰撞的快速响应能力及运动目标捕获控制算法的可行性。      

可展开航天器的充气系统分析

1引言□□充气结构的应用极其广泛,包括数据接收和传输天线、太阳防护罩、散热器、聚光器、太阳电池翼、太阳帆、充气机翼、航天器着陆系统、行星探测器充气轮胎,甚至居住舱等。充气航天器的结构形式也是多种多样,从几厘米大的微型飞行器到几千米尺寸的太阳帆或者太阳电池翼。在很多情形下,充气结构是唯一可行的选择,因为这种结构有其特有的优势,它的质量轻、折叠体积小、价格低廉、展开可靠性高,这是其他结构所无法望其项背的。2充气结构的分类按照工作方式,充气结构一般可以分为以下3类:持续充气(CI)结构,充气刚性化(RI)结构和一次性充…     

在轨航天器地气光环境分析

为得出定量化的遥感观测地气光环境数据,建立了简化的航天器地气光分布计算模型,首先将航天器及其各类运行轨道归纳到统一的照明模式中,地气光的分布主要考察航天器轨道面与地球晨昏面的夹角,然后考察航天器在每轨中的具体相位,以建立照度的几何传递关系;随后考察太阳辐照经地表后,最终到达航天器遥感观测载荷的光照度.计算结果能反映地气光在载荷观测方向2π半球视场内的分布情况,根据分布随空间变化的具体量级,对不同的离轴角进行照度积分,可转化为对观测仪器的地气光抑制能力要求.