太阳帆航天器研究及其关键技术综述.pdf

《太阳帆航天器研究及其关键技术综述.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2011年第2期上海航天AEROSPACESHANGHAI文章编号：1006一1630(2011)02一0053—10太阳帆航天器研究及其关键技术综述荣思远，刘家夫，崔乃刚(哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：综述了国内外关于太阳帆航天器的研究成果。介绍了太阳帆航天器的构型与材抖、姿态控制、轨道控制及任务分析、试验验证及动力学仿真分析等的研究进展，讨论了太阳帆航天器轻质高强度帆体、折叠储存与展开控制、结构设计、姿态控制、地面试验及在轨演示验证，以及测试与诊断等关键技术，分析了未来太阳帆航天器的发

2、展趋势。关键词：太阳帆航天器；姿态控制；轨道任务；太阳帆材料；关键技术中图分类号：V423．9文献标志码；AAReViewofSolarSailSpacecraftResearchandItsKeyTechnologyRONGSi—yuan，LIUJia—fu，CUINai—gang(CollegeofAstronauticsEngineering，HarbinInstituteofTechn0109y，HarbinHeilon西iang150001，China)Abst髓ct：Thesolarsailspacec

3、raftresearchachievementsathomeandabroadweresummarizedinthispaper．Theresearchesofconfigurationsandmaterials，attitudecontrol，orbitcontr01andtaskanalysis，testsanddynamicssimulationanalysisforthesolarsailspacecraftwereintroduced．Thekeytechnologiesofsolarsailspacec

4、raftsuchassailwithsmallmassandhighintensity，f01dstoreanddeploymentcontrol，structuredesign，attitudecontrol，groundtestandirl-orbitapproval，andtestanddiagnosiswerealsodiscussed．Thedevelopmenttrendofsolarsailspacecraftinthefuturewasanalyzed．Keywords：Solarsailspace

5、craft；Attitudecontrol；0rbitalmission；Solarsailmaterial；Keytechnology0引言快速、高效、低成本、低风险、长寿命是21世纪现代航天飞行器技术发展的目标。现代飞行器受化学燃料火箭能量和其能携带的燃料质量的制约日甚，特别是为使深空探测的距离更远和更长期在轨完成更多的空间任务，飞行器的质量随之增大，这就必然需要携带更多的燃料并付出更大的代价。为克服这些缺点，已出现了核子火箭、电火箭和离子火箭等多种新型高效发动机并用于空间飞行任务，但它们都未摆脱燃料的束缚，飞

6、行器寿命仍受制约。为摆脱庞大的运载工具，且能使航天器携带更多的载荷，以实现更快、更廉价、更好的目标，近年来收稿日期：2009一11—19；修回日期：2009—12一08基金项目：国家自然科学基金(10772057)作者简介：荣思远(1974一)，男，博士，讲师，主要研究方向为航天器动力学与控制、自主导航及滤波方法。一种新型的航天器——太阳帆航天器受到了国内外的广泛重视。太阳帆航天器依靠面积巨大但质量很轻的太阳帆反射太阳光获得源源不断的推力，是唯一不依靠反作用推进实现飞行控制的飞行器。它无需消耗燃料，在太空中的寿命不

7、受有限燃料的制约；采用高性能材料使其结构质量很轻，可显著减小发射质量，发射费用更低。利用太阳光压所提供的连续加速度，经过长时间加速，太阳帆航天器能以速度93km／s飞行，该速度较当今火箭推进的最快航天器快4～6倍no]。太阳光产生的压力很小，全反射时在1AU处约9肛N／m2。为获得足够的推力，太阳帆航天器需有很大的反射面，而为获得更大的加速度，太阳帆航天器质量须非常轻。通过控制太阳帆与太阳光线的夹角，可使太阳帆航天器向太阳系中心或远离太阳系飞行。太阳帆航天器是唯一不依赖于反作用推进的飞上海航天AEROSPACESH

8、ANGHAI2011年第2期行器，它可适应星际探测、取样返回、太阳极点观测等各种任务，高性能的太阳帆也可完成部分过去无法实施的任务，如太阳或行星的悬浮轨道任务、极地通信卫星的推进任务[3“]。由于太阳帆航天器有巨大的优越性，会在未来的空间任务应用中发挥更重要作用。为此，本文对太阳帆航天器的研究现状和关键技术等进行了综述。1太阳帆航天器研究现状虽然太阳帆航天器