太陽帆
- 帶滑塊的太陽帆航天器剛柔耦合動力學建模與姿態控制
卜奎晨帶滑塊的太陽帆航天器剛柔耦合動力學建模與姿態控制陳劭博1，嚴佳民2，卜奎晨1（1. 中國運載火箭技術研究院，北京，100076；2. 南京航空航天大學，南京，210016）為了對滑塊控制的太陽帆航天器的姿態控制進行研究，利用動量矩定理建立了太陽帆的剛柔耦合動力學方程，并利用非約束模態方法，求得了可解的控制學方程，在此基礎上提出了90°定向任務這一新的姿態控制任務情景。以90°定向任務為切入點，對帶滑塊的太陽帆航天器姿態-控制非線性耦合的特點進行了討論
導彈與航天運載技術 2023年2期2023-06-19
- 一種冷熱交變環境下太陽帆應力保持方法
3)0 引 言太陽帆航天器利用太陽光壓作為驅動力實現宇宙航行，是一種先進的無工質推進航天器，在高軌、深空等長航時探測任務中具有顯著優越性。隨著大型空間結構可展開技術以及大面積輕質薄膜技術的發展，世界上主要國家和機構紛紛開展太陽帆航天器的研究。德國宇航中心(DLR)于1999年首次開展了太陽帆的地面展開試驗。日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)于2010年成功發射了世界上第一個太陽帆航天器IKAROS，驗證了光壓推進技術完成深空探測任務的可行性。美國國家航空
宇航學報 2022年6期2022-07-12
- 基于ANCF的薄膜太陽帆自旋展開動力學模擬
間結構，如薄膜太陽帆推進系統、通訊衛星中大型薄膜天線反射器及太陽能電站中電池陣列結構等[1]。這類空間結構在發射前通常處于折疊狀態，入軌后在驅動裝置的作用下展開，并進入工作狀態。然而對于在太空中展開太陽帆這類具有高收納比的大型薄膜結構，無疑是一項復雜的操作，且展開后的有效面積及膜面精度均會對其所承擔的功能產生一定影響。因此，進入太空中的薄膜航天器能否順利展開至理想工作狀態是這類航天器折展系統設計中的關鍵技術?？紤]到地面實驗的成本過大，且難以針對大型薄膜結構
深空探測學報 2022年2期2022-05-06
- 馭光飛行的太陽帆探測器
，大膽假設了用太陽帆到月球旅行的場景。不過，在隨后的一百多年時間里，太陽光帆航天器一直停留在理論設想層面。隨著日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）、歐洲航天局（European Space Agency，ESA）等國際航天機構的介入研發，太陽光帆技術才逐漸從設想邁向現實。物理學研究揭示，光子沒有靜質量，但有一定的動量，并可將其動量傳遞給其他物體。因此，當太陽光的光子撞向太陽帆，航天器便可
檢察風云 2022年2期2022-03-30
- 連續小推力非開普勒懸浮軌道研究綜述
多體問題軌道、太陽帆軌道以及繩系衛星軌道。上述軌道分類之間彼此也存在交叉，不是嚴格的并列關系。本文所探討的連續小推力懸浮軌道是非開普勒軌道中討論較多的一種，其受力特征為除中心天體引力之外，還受到連續小推力作用；軌道特征是軌道平面不通過中心天體，而是懸浮在中心引力源的上空或下方。根據引力源的不同，懸浮軌道又可進一步分為日心懸浮軌道[3]、地心懸浮軌道[4]及其他行星懸浮軌道[5-7]。日心懸浮軌道，顧名思義位于太陽上方區域，憑借此特殊的空間位置，成為太陽物理
中國空間科學技術 2021年4期2021-09-03
- 日心懸浮軌道混合推進航天器編隊構型保持研究*
多種推進方式，太陽帆推進是其中一種較為實用的方法.太陽帆推進是一種連續小推力的航天器推進方式，其通過太陽光子撞擊帆面進行動量交換對太陽帆產生作用力.太陽帆推進的優勢在于采用太陽光為動力，不需要消耗燃料，可持續對航天器加速，在長時間后能獲得較大加速度.太陽帆推進的概念最早由Tsiolkovsky在1921年提出，目前已提出的利用太陽帆的空間任務有太陽帆的極地軌道[1]，水星軌道[2]，懸浮在黃道平面上的懸浮軌道[3]等.在太陽帆提供的連續推力的作用下，航天器
空間控制技術與應用 2020年5期2021-01-04
- 條帶式太陽帆航天器的熱致結構動力學響應
依靠光壓推進，太陽帆航天器通常被認為適宜于星際航行[1]，目前絕大多數的太陽帆任務圍繞深空探測[2-4]、人工拉格朗日點[5-6]開展相關研究。在這些研究中，太陽帆的地球逃逸出發軌道通常被設定在高度介于2000～36000 km的地球同步轉移軌道[7]，然而，地球同步轉移軌道的發射成本高昂，這迫使研究者開始考慮將太陽帆發射至600～900 km 的近地軌道(Low Earth orbit，LEO)，依靠太陽帆自身的多圈螺旋飛行實現地球逃逸[8]。2019年
宇航學報 2020年10期2020-11-16
- 沈陽自動化所在軌進行太陽帆關鍵技術試驗取得成功
SAIL-I）太陽帆，搭載長沙天儀研究院“瀟湘一號”07衛星，在軌成功驗證了多項太陽帆關鍵技術。據介紹，“天帆一號”太陽帆將柔性膜折疊存儲在展開機構內部，發射前大小不到0.5U，在衛星平臺正常入軌之后，通過兩級組合展開的方式開展技術驗證。一級展開釋放采用了熱切割和被動釋放機構，通過儲能裝置將太陽帆帆體從衛星平臺中推出并翻轉90°；二級展開機構采用主動驅動伸出4根雙穩態帆桁，逐漸展開聚酰亞胺帆膜形成光帆，帆膜展開尺寸約為0.6m2。此外，沈自所還將開展機構壽
軍民兩用技術與產品 2020年1期2020-03-19
- 太陽帆航天器三維人工平動點變化特性研究
2)0 引 言太陽帆航天器是利用太陽光壓作為動力實現軌道機動的航天器，可廣泛用于各種深空探測任務，例如平動點探測[1-2]。雖然太陽帆航天器所獲得的光壓力量級比較小，但深空探測任務時間相對較長，其作用是不能忽略的?？紤]太陽光壓模型后，航天器軌道動力學會更加精確，可有效提高GPS衛星定軌、星際軌道轉移和平動點附近周期軌道保持的精度。平動點[3]又稱為拉格朗日點，是航天器同時受到兩個天體引力而相互平衡的位置，因其重要的動力學特性受到廣泛的關注。將太陽帆航天器發
宇航學報 2020年1期2020-02-19
- 行星懸浮軌道保持控制研究*
晨熠0 引 言太陽帆是一種新型的航天器推進方式，其推進力來源于太陽的輻射光壓力.和電推進、離子推進等推進方式一樣，太陽帆推進同屬于連續小推力的推進方式[1].相比傳統推進方式，太陽帆推進所需的能量從太陽光的輻射壓力中獲得，不需要消耗任何的燃料，航天器既不會產生羽流污染、同時也具有更長的使用壽命.目前為止，如日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)研制的IKAROS[2]、美國國家航空航天局(NASA)研制的NanoSail-D2[3]等太陽帆推進航天器，均已成
空間控制技術與應用 2019年6期2020-01-09
- 光帆2號奔向太空
帆（簡稱光帆或太陽帆）環游太空，從我們的太陽飛向另一顆恒星。如今，由奈比爾擔任首席執行官的美國行星學會，希望運用一顆鞋盒子大小的人造衛星來幫助薩根實現夢想。迄今為止這類太陽帆只測試過幾次，但太陽帆有朝一日真的有可能搭載飛船抵達其他行星，甚至抵達其他恒星系統。2019年6月24日，美國太空x公司的獵鷹號重型火箭從美國佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射臺升空。該火箭的巨大前錐體內除了裝著其他24顆人造衛星外，還裝著一個鞋盒子大小的裝置，它由利用陽光壓力的輕飄飄風帆
大自然探索 2019年10期2019-12-13
- 太陽帆航天器在繞地軌道中的熱誘發振動
依靠光壓推進的太陽帆航天器無需消耗推進劑，可以實現傳統航天器無法實現的各種非開普勒軌道，被認為是最可行的星際探測技術。2010年日本IKAROS號太陽帆[1]和2011年美國Nanosail-D號太陽帆[2]的相繼成功發射把人類星際旅行的夢想照進了現實。繞地球飛行軌道是太陽帆進入星際軌道的起點，更是各種近地球任務太陽帆運行的主要場所。太陽帆在繞地軌道中將會周期性地進出地球陰影，經歷熱環境的劇烈變化，在熱輻射沖擊作用下，太陽帆這種大柔性空間結構的熱致響應值得
航空學報 2019年11期2019-12-09
- “光帆”2揚帆啟航
風而是太陽光。太陽帆利用太陽的光壓在太空航行,為人類提供一種新的技術方案?！肮夥?任務成功2019年7月31日，美國行星學會宣布其6月25日由獵鷹重型火箭從肯尼迪航天中心發射的“光帆”2小衛星已成功驗證了利用太陽帆來改變軌道的能力。這顆三體立方星在其32平方米的聚酯薄膜帆面展開后的4天里利用帆面上太陽光壓產生的推力把軌道遠地點升高了1.7公里?！肮夥?項目耗資700萬美元，全部來自捐贈，是美國行星學會精心打造的一個項目。衛星由幾個合作方共同建造，包括星
太空探索 2019年11期2019-11-15
- 太陽帆飛船在地球軌道上“揚帆”
已經成功張開了太陽帆，成為“地球軌道上第一個完全由太陽風驅動的航天器”。據介紹，“光帆2號”只有面包大小，它于6月25日搭乘美國SpaceX公司的“獵鷹重型”運載火箭升空，在經過近一個月的調試后，終于邁出了關鍵一步?！靶行菍W會”工作人員描述稱，“光帆2號”的4個鈷合金支架像卷尺一樣向外伸展，帶著4面三角形的太陽帆緩緩展開，整個過程花費了約3分鐘。這些超薄的太陽帆由聚酯纖維制成，厚度比頭發直徑還小。報道稱，太陽帆的原理是將太陽光照時，光子對帆面產生的沖擊作為
環球時報 2019-07-252019-07-25
- 采用虛擬引力場的太陽帆/電推進混合推力機動軌道設計
首次提出了使用太陽帆來改變引力場的大小，設計了懸浮軌道，并推導了實現懸浮軌道所需推力的解析解。Malcolm采用太陽帆產生切向固定推力，設計了從地球軌道到太陽極軌的轉移軌道，解決了軌道優化問題[4]。然而，由于單獨采用電推進或者太陽帆產生的推力較小，軌道轉移常常需要很長時間。針對這個問題，Mengali等在文獻[5]中提出了太陽帆和太陽帆/電推進結合的混合推進方法，并采用間接優化方法進行了軌道優化。在其文章中，太陽帆產生徑向推力，用于改變引力場的引力常數，
西北工業大學學報 2018年4期2018-09-07
- 含扁率的希爾型三體系統太陽帆懸浮軌道設計
29)0 引言太陽帆是利用巨大的、像鏡子一樣的輕質帆面反射太陽光來產生推動力的.由日本航天局研制的“IKAROS”太陽帆成功發射后[1]，基于太陽帆的一系列空間任務被相繼提出，如：NanoSail-D, Cubesail, DeorbitSail, Sunjammer，LightSail等.毫無疑問，太陽帆將會成為本世紀的熱門研究課題.限制性三體問題模型一直被視為基本的動力學模型[2]，而希爾型三體問題是限制性三體問題的一種近似[3].通常情況下人們把天體
鄭州大學學報（工學版） 2018年3期2018-05-03
- 大型太陽帆干擾力矩消減方法
東，劉大利大型太陽帆干擾力矩消減方法謝 超，彭福軍，惲衛東，劉大利（上海宇航系統工程研究所，上海201109）針對柔性太陽帆大變形引起姿態干擾力矩過大的問題，采用有限元方法對一種執行太陽極軌探測的150 m×150 m柔性太陽帆進行仿真分析，采用修正的壓力加載方法降低了太陽帆在光壓加載下的變形分析誤差，獲得了帆結構在大變形下由光壓引起的干擾力矩。為降低干擾力矩量值、保證姿態穩定，提出了一種通過調整構型來降低變形量的方法，并通過仿真分析驗證了該方法的有效性。
載人航天 2017年4期2017-08-17
- 星海中揚起“太陽帆”
一個新方法——太陽帆！太陽帆與光壓可能你聽說過單桅帆、雙桅帆這些帆船上的“帆”，但就是沒聽過太陽帆。太陽帆的材料是一種非常輕薄的聚酯薄膜，堅硬異常且表而涂滿反射物質，具有極佳的反光性。與我們平常所知依靠風力來獲得動力的帆不同，太陽帆可以利用被太陽光照射時產生的壓力進行宇宙航行，這種壓力就叫做“光壓”。光具有波粒二象性，就像氣體分子與物體的頻繁碰撞會產生壓力，當光照射到物體表面并被反射時，也會對物體產生壓力，這就是其粒子性的典型表現?？墒钱斘覀儠裉柕臅r候，
軍事文摘·科學少年 2017年3期2017-07-17
- 行星協會和它馭光而行的探索旅程
面，比如閃光的太陽帆，就會推動帆前進。20世紀早期，一對俄羅斯科學家將麥克斯韋的研究與真正的工程學概念結合了起來。1924年，工程師弗雷德里克·桑德爾這樣寫道：“對于星際空間的飛行，我的想法是使用超薄的巨大片狀反射鏡做帆板，應該能夠達到良好的效果?！?0世紀50年代，火箭技術的飛速發展將人類推向了太空時代的邊緣，太陽帆的設想再一次興起。這一次，它出現在科幻雜志里。在《驚駭科幻故事》1951年5月刊中，電子工程師卡爾·懷利提出了一種降落傘式的太陽帆，朝向太陽
飛碟探索 2017年6期2017-06-14
- 對角伸展太陽帆結構及膜面應力導入分析
08)對角伸展太陽帆結構及膜面應力導入分析李 純1，陳務軍1，蔡祈耀1，張大旭1，彭福軍2，房光強2(1.上海交通大學 空間結構研究中心，上海 200030；2.上海宇航系統工程研究所，上海 201108)為研究膜面應力導入方式及應力大小對太陽帆結構的影響，進行了有限元模擬分析.首先，闡述了此類太陽帆導入膜面應力的必要性及其合理范圍，并介紹了膜面應力導入的3種方式；其次，利用有限元軟件ABAQUS，以歐洲航天局和德國宇航中心研制的20 m×20 m太陽帆為
哈爾濱工業大學學報 2017年4期2017-04-19
- 太陽帆航天器的關鍵技術
100081）太陽帆航天器的關鍵技術胡海巖（北京理工大學宇航學院 飛行器動力學與控制教育部重點實驗室，北京 100081）將太陽帆航天器所涉及的關鍵技術劃分為4個方面：總體設計、軌道和姿態動力學與控制、太陽帆材料及其性能、太陽帆折疊與展開。針對每項關鍵技術，基于對國外長期研究結果進行分析并闡述主要技術特征，梳理國內相關研究進展，包括筆者與合作者的研究成果，分析存在的主要問題。根據上述分析，指出我國發展太陽帆航天器應該重視的若干問題。太陽帆；薄膜；折疊；展開
深空探測學報 2016年4期2017-01-18
- 光壓飛行
力為動力，設計太陽帆飛船，去遨游太空，這可不是“胡思亂想”，而是漸行漸近的科技新成果。奇怪，陽光怎么會有壓力一束陽光照射到你身上，你沒感到陽光的“沖擊力”，但是陽光的“光壓”卻仍舊存在?？茖W家發現：當陽光照射在物體上時，就會對物體產生作用力，這種力就源于“光壓”。你當然會有疑問：陽光咋會對物體有“壓力”呢？這個問題也好理解，光線是由許多小微粒向前運動形成的，這些小微粒叫光子。光子具有“物質性質”，它們匯聚在一起，以“光線”的方式“向前沖”，就會像“水流”“
新作文·初中版 2016年3期2016-11-29
- “光壓飛行”領飛世界
為動力，設計“太陽帆飛船”，去遨游太空，這可不是“胡思亂想”，而是漸行漸近的科技新成果。奇怪，陽光怎么會有壓力天氣熱，到游泳池里戲水納涼，你會明顯感覺到來自水的壓力，水的壓力擠壓肺部，會讓人感覺呼吸有些困難。站在風口，人會被吹個趔趄，這是為什么？道理也很簡單，空氣流動形成風，風吹動你，說明空氣是有“氣壓”的。一束陽光照射到你身上，你沒感覺它有“沖擊力”，然而，陽光的“光壓”仍舊是存在的。你當然會有疑問，陽光咋會對物體有壓力嘛。這個問題也好理解，光線是由許多
青少年科技博覽（中學版） 2016年1期2016-06-01
- 星際探測太陽帆行星和太陽借力軌道全局優化*
0)?星際探測太陽帆行星和太陽借力軌道全局優化*錢航1,3，鄭建華1，李明濤1，李暉2，高東1，于錫崢1(1.中國科學院 復雜航天系統電子信息技術重點實驗室， 北京100190；2.中國科學院 空間天氣學國家重點實驗室， 北京100190； 3.中國科學院大學， 北京100190)摘要：以太陽帆在20年內飛行至距離太陽200 AU以遠進行星際探測為目標，研究太陽帆通過行星借力和太陽借力的軌道全局優化問題。建立太陽帆時間最優轉移軌道數學模型，分析行星借力和太
國防科技大學學報 2016年1期2016-04-08
- 太陽帆推進任務的快速仿真方法*
100094)太陽帆推進任務的快速仿真方法*錢 航1，鄭建華2，吳 霞2，高 東2，劉宇飛3(1.中國運載火箭技術研究院總體設計部，北京100076; (2.中國科學院國家空間科學中心，北京100190; (3.中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室，北京100094)研究太陽帆的力學特性和軌道控制設計方法，導出太陽帆的無奇點控制律.提出通過STK中MATLAB語言編寫的嵌入式腳本(Plug-in Script)來將由控制律得到的光壓力加速度矢量，添加到S
空間控制技術與應用 2016年2期2016-04-06
- 中國“光壓飛行”技術領先世界
上一面很大的“太陽帆”，只要陽光能照射到的地方，飛船便能到達?！?span class="hl">太陽帆飛船”想得很美，靠譜嗎？雖然1平方米太陽帆面上產生的推力還不到1只螞蟻的重力，但是如果太陽帆面做到足夠大，小螞蟻的力量一定能聚積成大象的力量。其實，飛船在太空中運行處于失重狀態，又無空氣阻力，并不需要太大的動力。當太陽帆的直徑達到500米時，只要表面光滑平整，它接受到的“光動力”就可供飛船以每小時24萬千米的速度向遠離太陽的方向飛行，這個速度是火箭的6倍。經過15年的航程，乘坐這樣的飛船
學與玩 2016年3期2016-03-21
- 太陽帆技術初探與理論建模
100080）太陽帆技術初探與理論建模王照涵（中國人民大學 附屬中學，北京 100080）太陽帆技術以太陽光壓為推進動力，超越了傳統推進器中對燃料的需求，其基本工作原理為太陽帆在沒有空氣阻力的宇宙空間中會受到太陽光光子的連續撞擊，使得自身的動量逐漸增加，從而達到所需要的加速度或速度。盡管光子的撞擊力非常微弱，但是它們遍布宇宙空間并且持續不斷，因此被認為是提供動力的理想來源。本文將對太陽帆技術進行初步介紹，系統地梳理國內外該技術的發展現狀，并進一步地對太陽帆
中國設備工程 2016年17期2016-03-10
- 光壓飛行
以光壓為動力的太陽帆飛船，已經漸行漸近了！陽光有壓力站在風口，人會被吹個趔趄，這是為什么？道理很簡單嘛，空氣流動形成風，風吹動你。一束陽光照射到身上，雖然人感覺不到，但光壓確實存在。你可能會有疑問，陽光怎么會對物體產生壓力？其實，光是由許多“小微?！毙纬傻?，這些“小微?！苯泄庾?。光子匯聚在一起，以光線的方式“向前沖”，就會類似水流一樣給物體帶來壓力。只是這種壓力太小，人體幾乎感覺不出來?？茖W家做過這樣的實驗：將“輕若鴻毛”的薄片放到真空管里，然后用陽光照射
少年科學 2015年12期2016-01-08
- 柔性太陽帆軌道－姿態－彈性振動耦合效應研究
84）0 引言太陽帆航天器是一種新型的深空探測航天器，依靠太陽光壓力產生推力。太陽帆航天器自身無需攜帶大量的燃料用于任務，但為在微弱的光壓力下獲得最大推力，太陽帆有巨大的帆面及很輕的結構質量，這決定了太陽帆具大轉動慣量及大撓性結構［1］。一般大撓性結構有剛度低、阻尼弱、頻率低和模態密集等動力學特性，即具強非線性，這為其精確動力學模型的建立帶來了困難［2］。同時在大撓性結構產生運動時，結構的振動對整體結構的動力學特性與控制的影響不可忽略［3］。因太陽帆利用太
上海航天 2015年2期2015-12-31
- 中國“光壓飛行”技術正欲“領飛”世界
”一面很大的“太陽帆”，讓陽光壓力推動“太陽帆”，帶著飛船向前跑，只要陽光能照射到的地方，“太陽帆飛船”便能到達?！?span class="hl">太陽帆飛船”想得很美，靠譜嗎？當然靠譜。雖然1平方米太陽帆面上產生的推力還不到1只螞蟻的重量，但是如果太陽帆面做到“足夠大”，“小螞蟻”的力量一定能聚積成“大象”的能量。再說飛船在太空中運行處于失重狀態，又無空氣阻力，并不需要太大的動力。研究表明，太陽帆的直徑達到500米時，只要表面光滑平整，它接受到的“光動力”可供太空飛船以每小時24萬千米
科學大眾（中學） 2015年10期2015-10-12
- 美行星協會將試飛太陽帆飛船
年5月進行一次太陽帆飛船的試飛，以測試太陽帆的姿態控制系統與通信技術，并為后續的太陽帆計劃提供更加成熟的技術。經過6年的研發，太陽帆飛船的相關技術已經較為成熟——它依靠光子撞擊在薄膜帆面上產生光壓，并將光壓轉化為動力，從而推動飛船前進。從某種意義上講，太陽帆飛船的續航力是無限的，它能夠比化學能火箭飛得更遠，而且速度更快。如果一切順利，太陽帆飛船有望成為人類飛出太陽系的主要工具。
科學24小時 2015年4期2015-09-10
- 光壓飛行
力為動力，設計太陽帆飛船，去遨游太空，這可不是“胡思亂想”，而是漸行漸近的科技新成果。奇怪，陽光怎么會有壓力一束陽光照射到你身上，你沒感到陽光的“沖擊力”，但是陽光的“光壓”卻仍舊存在?？茖W家發現：當陽光照射在物體上時，就會對物體產生作用力，這種力就源于“光壓”。你當然會有疑問，陽光咋會對物體有“壓力”嘛。這個問題也好理解，光線是由許多小微粒向前運動形成的，這些小微粒叫光子。光子具有“物質性質”，它們匯聚在一起，以“光線”的方式“向前沖”，就會像“水流”“
知識窗 2015年9期2015-05-14
- 應用太陽帆懸停探測啞鈴形小行星
0084)應用太陽帆懸停探測啞鈴形小行星曾祥遠，龔勝平，李俊峰，蔣方華，寶音賀西(清華大學 航天航空學院，北京 100084)研究了太陽帆航天器在啞鈴形小行星引力場內的懸停探測可行性問題。啞鈴形小行星代表了一類細長形的小行星，文中首先建立啞鈴形小行星的簡化動力學模型。針對可變反射面積的太陽帆，給出其在小行星引力場內的懸停動力學方程，并仿真求解了啞鈴形小行星附近的太陽帆可行懸停探測區域。啞鈴形小行星；懸停探測；太陽帆0 引 言小行星探測是目前航天探測的熱點問
深空探測學報 2015年1期2015-05-05
- 中國太陽帆推進技術現狀及發展趨勢分析
0041）中國太陽帆推進技術現狀及發展趨勢分析楊文昊 （四川大學,成都610041）摘要：太陽帆推進技術作為一種新型無需消耗化學燃料和工作介質的航天器推進技術，當前已經成為國內外航空研究領域中的熱點。本文樹立梳理了太陽帆推進技術的發展歷程，結合近年來我國太陽帆推進技術的成果與進展，繼而提出我國未來太陽帆推進技術的發展趨勢。關鍵詞：太陽帆；航天器；推進技術1 引言近年來,我國在航天航空事業當中取得了驕人成績，“神舟”系列飛船獲得了令人矚目的成功。但需要意識到
山東工業技術 2015年1期2015-03-16
- 太空揚帆不是夢
“光帆1號A”太陽帆航天器，它主要用于測試一些基本技術，但不進行星際旅行。2016年，美國還將發射“光帆1號 B”太陽帆航天器，它將飛得更遠，在太空揚帆。這太陽帆到底是什么東西呢？讓我們從頭說起。凡爾納有好點子自從1957年10月4日蘇聯發射第1顆人造衛星，標志著航天時代到來以后，每個被發射上天的航天器都會攜帶著化學燃料、電能裝置或核燃料。然而近些年，一些航天科學家一直在研究如何利用比風更可靠、更自由的太陽光粒子，使其成為探測器的動力。其實，太陽帆概念很早
小學生時代 2015年11期2015-02-01
- 帶移動滑塊太陽帆航天器姿態控制技術研究及仿真
63）0 引言太陽帆作為一種全新航天器推進機構，由于無需消耗任何化學燃料和能源即可在太陽光壓持續推進下實現高速飛行，成為近年來航天領域的研究熱點［1］。因裝配誤差及帆面變形等因素，太陽帆光壓壓心往往不與系統質心重合，光壓會對太陽帆產生遠大于傳統航天器的姿態干擾力矩［2］。同時由于太陽帆結構尺寸龐大，其三軸轉動慣量遠超過普通航天器（美國ATK研制的160m級，440kg方形太陽帆航天器的滾轉軸慣量達642 876kg·m2，俯仰軸和偏航軸慣量均為321 49
上海航天 2014年5期2014-12-31
- 非理想太陽帆受陰影影響的地球逃逸軌道探討
90）1 引言太陽帆航天器以其不受燃料約束、可持續加速、能夠形成很多新型軌道，而受到航天界的廣泛關注和研究［1-5］。太陽帆能夠從地球停泊軌道出發，通過改變帆的朝向來提供所需軌道速度方向推力，從而增加軌道能量實現逃逸出地球影響球。同樣，太陽帆也能夠完成其他行星逃逸軌道轉移任務。在19世紀60年代早期，Sands首先研究了太陽帆地球逃逸任務，使用模型較簡單，并對仿真條件進行了高度簡化［6］。2004年Macdonald 和McInnes對考慮地球遮擋的太陽帆
航天器工程 2014年2期2014-12-28
- 帶移動滑塊的太陽帆航天器動力學建模與姿態控制*
?帶移動滑塊的太陽帆航天器動力學建模與姿態控制*張震亞1韓艷鏵1賈 杰21. 南京航空航天大學航天學院，南京210016 2. 南昌航空大學信息工程學院，南昌330063針對以移動滑塊為控制執行機構的太陽帆航天器，基于拉格朗日分析力學建立了航天器—滑塊兩體系統非線性耦合動力學模型。為簡化控制律設計，將控制回路分為內外環，并分別設計控制律。外環以航天器姿態為受控變量，滑塊位移為控制輸入；內環以滑塊位移為受控變量，滑塊驅動力為控制輸入。最終將控制律代入系統原非
航天控制 2014年5期2014-08-11
- 太陽帆日心定點懸浮轉移軌道設計
100190)太陽帆日心定點懸浮轉移軌道設計羅超1鄭建華2(1 中國空間技術研究院載人航天總體部, 北京 100094)(2 中國科學院空間科學與應用研究中心, 北京 100190)研究了太陽帆航天器日心定點懸浮軌道(HFDO)的轉移軌道設計問題，以球坐標形式建立了太陽帆的動力學模型，基于該模型給出在日心懸浮軌道基礎上實現定點懸浮的條件，提出了一種實現日心定點懸浮的轉移軌道設計方法。首先，確定定點懸浮的位置；然后，設計經過該位置的繞日極軌軌道；最后，實施軌
航天器工程 2014年3期2014-07-19
- 太陽帆柔性結構動力學仿真分析*
光壓作為動力的太陽帆航天器應運而生[1].利用太陽光的持續作用力，完成一些過去無法實現的任務[2].太陽帆帆面采用超輕質聚酰亞胺薄膜[3]，由于太陽光壓非常小，所以其面積一般為上千平方米左右.太陽帆航天器一般需要很長的伸展支撐構件來引導太陽帆帆面展開[4].帆面與支撐臂決定了太陽帆航天器結構的大柔性特點，為了確保航天器姿態穩定性和指向精度的要求，必須搞清這類復雜航天器的柔性結構動力學特征[5-6].太陽帆的動力學建模仿真工作十分關鍵，Wie[7]對邊長20
空間控制技術與應用 2014年3期2014-05-02
- 太陽帆航天器姿態控制技術綜述
成本。近年來，太陽帆作為一種新型航天器推進手段受到矚目。航天器通過搭載大面積、輕質量的薄膜型太陽帆所產生的太陽光壓獲得推進力。太陽帆推進技術不再需要依靠推進劑的噴射消耗，可降低航天器發射的成本與難度[1-4]。2010年5月21日，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）成功發射了星際太陽輻射驅動風箏航天器（Interplanetary Kite-craft Accelerated by Radiation Of the Sun，IKAROS），是航天史上首次
航天器環境工程 2013年6期2013-11-28
- 太陽帆懸浮軌道的動力學特性分析
動力學與控制。太陽帆懸浮軌道的動力學特性分析陳翠紅, 和興鎖, 宋明(西北工業大學 工程力學系, 陜西 西安 710129)研究了太陽帆懸浮軌道的動力學特性,主要分析了穩定性條件。首先建立垂直于太陽-行星連線的懸浮軌道模型,在柱坐標系下,依據Hamilton原理得到懸浮軌道角動量與太陽光壓的關系。然后,針對小擾動情況運動方程,分析懸浮軌道線性與非線性穩定性條件。最后,運用Hamilton-Jacobi理論進行變量分離,得到物理意義明顯的動力學方程。仿真結果
飛行力學 2013年1期2013-11-04
- 太陽帆航天器展開結構技術綜述*
為人們的夢想，太陽帆飛行器從理論上解決了這一問題。當太陽光子照射到帆面上時，會被反射回去，同時光子會對太陽帆產生反作用力[1]，這樣太陽帆便會有源源不斷的動力，理論上只要太陽帆的形狀和傾角合適，飛行器可以飛向太空中的任意一個位置,因此太陽帆飛行器使得低成本的深空探測成為可能。1 可展開太陽帆的發展概況在深空探測中，利用太陽帆作為航天器推進動力的基本思想由來已久。早在400多年前，著名的天文學家開普勒就曾經設想僅僅依靠太陽光就能使宇宙飛船在太空翱翔。但是直到
航天控制 2013年2期2013-05-14
- 未來深空探測的有力推手——太陽帆
太陽帆飛行技術是未來深空探測非常有前景的推進技術之一，其原理就是利用太陽的大面積薄膜上的反射光壓提供航天器飛行的動力。由于這種推力很小，所以不能為航天器從地面起飛；但在沒有空氣阻力存在的太空，這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供 10-5～10-3g左右的加速度。如果先用火箭把太陽帆送入低軌道，則憑借太陽光壓的加速，它可以從低軌道升到高軌道，甚至加速到第二、第三宇宙速度，飛離地球，飛離太陽系。太陽帆理論上最高速度是光速的2%，也就是6 000
航天器環境工程 2012年2期2012-11-28
- 太陽帆航天器行星際軌道轉移優化算法*
100190)太陽帆航天器行星際軌道轉移優化算法*錢 航1,2,鄭建華1(1.中國科學院空間科學與應用研究中心,北京100190；2.中國科學院研究生院,北京100190)研究基于遺傳算法的太陽帆行星際轉移軌道的全局優化問題.通過極小值原理推導了太陽帆全局優化控制律，并以太陽帆飛行時間最短為優化目標函數，運用遺傳算法對發射時間、到達時間和協態變量初值進行參數優化設計.為了解決軌道轉移這一多約束優化問題，在遺傳算法中加入動態罰函數.在此理論基礎上作了從地球同
空間控制技術與應用 2012年1期2012-09-05
- IKAROS太陽帆的關鍵技術分析與啟示
展的必然趨勢。太陽帆是大型薄膜展開結構的典型應用之一，它的原理是利用太陽在大面積薄膜上的反射光壓提供航天器飛行的動力，因此，要求薄膜具有面積大、質量輕、反射率高等特點。此外，大面積可展開式薄膜太陽電池陣、太陽遮光罩、聚光鏡等也是大型展開結構的應用方向。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）于2010年5月21日利用H-2A 運載火箭在種子島航天中心搭載拂曉號（AKATSUKI）金星氣候軌道器成功發射太陽帆演示航天器——太陽輻射驅動星際風箏航天器（Interp
航天器工程 2012年2期2012-01-08
- 太陽帆航天器研究及其關鍵技術綜述
型的航天器——太陽帆航天器受到了國內外的廣泛重視。太陽帆航天器依靠面積巨大但質量很輕的太陽帆反射太陽光獲得源源不斷的推力,是唯一不依靠反作用推進實現飛行控制的飛行器。它無需消耗燃料,在太空中的壽命不受有限燃料的制約;采用高性能材料使其結構質量很輕,可顯著減小發射質量,發射費用更低。利用太陽光壓所提供的連續加速度,經過長時間加速,太陽帆航天器能以速度93 km/s飛行,該速度較當今火箭推進的最快航天器快4～6倍[1、2]。太陽光產生的壓力很小,全反射時在1
上海航天 2011年2期2011-09-18
- 采用滑塊和RSB的太陽帆姿態控制
0190北京)太陽帆航天器是指利用太陽光壓力獲取推動力進行宇宙航行的飛行器.太陽帆航天器不需要攜帶燃料，但在太陽光壓作用下可以持續加速，最終可達到傳統航天器5～10倍的速度，尤其適用于深空探測.由于太陽帆自身的特點使得其姿態控制方法有別于傳統空間飛行器，其特點主要有:干擾力矩大，相應的轉動慣量也特別大，并且指向精度要求高.由于以上特點，傳統的主動姿態控制方法如:噴氣控制、反作用飛輪控制等很難滿足太陽帆的姿態控制要求，這就需要考慮特殊的適合太陽帆姿態控制的方
哈爾濱工業大學學報 2011年3期2011-03-12
- 美麗的星際風箏
伊卡洛斯”）的太陽帆航天器，以檢驗是否能夠利用太陽能實現加速飛行。日本宇宙探索局6月10日稱，在距地球約770萬千米的太空，通過轉動直徑1.6米、高0.8米的圓柱形機體，利用離心力，“伊卡洛斯”已成功展開了折疊收藏在機體外側的14平方米的薄膜帆。6月15日，從太陽帆中心機體分離出去的相機也拍下這一圖像并傳回了地球?！耙量逅埂北∧し某晒φ归_，標志著該試驗已經成功一半。剩下的一半，就是在由太陽光所產生的光壓作用下，“伊卡洛斯”將在半年的時間內飛向距離地球約
太空探索 2010年8期2010-12-07
- 太陽帆：太空中的綠色動力——訪國際宇航科學院院士朱毅麟
彩連問：什么是太陽帆？答：所謂太陽帆，就是一個在太空展開的面積很大、表面平整、光滑、無斑點和皺紋的薄膜，薄膜一般由聚酯或聚酰亞胺等高分子材料制成，表面鍍鋁或銀，使其具有全反射的特性。問：太陽帆是如何獲得動力的？答：太陽光傳送光和熱，照到人身上，人會感到暖洋洋的，但從來也沒有人感覺到太陽光有壓力。實際上，太陽光是有壓力的，因為光具有兩重性，既是電磁波，又是粒子——光子。光線實際上是光子流，當光子流受到物體阻擋時，光子就撞到該物體上，就像空氣分子撞到物體上一樣
太空探索 2010年8期2010-12-07
- 光子經太陽帆表面反射后頻率近似不變
——對“太陽帆”問題的再討論
731100)太陽帆是利用太陽光的光壓進行宇宙航行的一種航天器.由于這種推力很小，所以不能讓航天器從地面起飛.但在沒有空氣阻力存在的太空，這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供10-5～ 10-3g左右的加速度.如先用火箭把太陽帆送入低軌道，則憑借太陽光壓的加速，它可以從低軌道升到高軌道，甚至加速到第二、第三宇宙速度(太陽帆理論上最高速度是光速的2%，也就是6 000 km/s),飛離地球，飛離太陽系.如果帆面直徑為300 m，可把0．5 t質量
物理通報 2010年8期2010-01-26
- 太陽帆
petti等著太陽帆,是一種使用巨大薄膜鏡片來反射太陽光,利用反射產生的輻射壓作為太空飛船推進力的一種新技術。雖然輻射壓很小,但太陽帆不需要燃料,它是太空運輸方面具有革命性的技術。因此它成為目前公眾和媒體都很感興趣的一個話題。其實早在400年前,德國著名天文學家開普勒就提出了太陽帆的設想,認為宇宙飛船可以不攜帶任何能源,僅僅依靠太陽光的能量來遨游太空。但直到1924年,俄國科學家齊奧爾科夫斯基和其同事燦德爾才明確提出“用照射到很薄的巨大反射鏡上的太陽光所產
國外科技新書評介 2009年12期2009-05-31
- 注意動量定理的“六性”
的航天事業中用太陽帆來加速星際宇宙飛船，按照近代光的粒子說，光由光子組成，飛船在太空中張開太，陽帆，使太陽光垂直射到太陽帆上，太陽帆面積為S，太陽帆對光的反射率為100％，設太陽帆上每單位面積每秒到達n個光子，若每個光子的動量為p，飛船總質量為m，求飛船加速度的表達式，若太陽帆面對陽光一面是黑色的，情況又如何?
數理化學習·高一二版 2009年4期2009-04-27
- 太陽帆船即將啟航
，人們才搞清了太陽帆的飛行原理?？墒前雮€世紀過去了，利用太陽帆作為新的航天工具始終未能實現。這是因為實際飛行還需解決許多非常復雜的技術難題。2002年日本文化科學部宇宙科學研究所重新把‘這項工作提上日程，提出了一種與原來歐美設想截然不同的張帆辦法，并研究于2009年用太陽帆進行金星或木星的星際航行的具體方案。太陽帆的行進原理太陽光是一種電磁輻射，組成光線的粒子(即光子)在遇到物體后，能夠對物體產生壓力，這就是光壓。光壓對地球的影響是很微小的，幾乎不被人注意
百科知識 2008年22期2008-11-28
- 神奇的太陽帆
楊道康太陽帆是什么帆?是不是像大海上的帆船一樣靠風來航行呢?其實，太陽帆就是一種在太空飛行的航天器，即在飛船四周裝上像風帆一樣的帆板，靠太陽提供動力在太空飛行。大家知道，宇宙飛船上天需要攜帶足夠的燃料，因為不管是遙遠的星際旅行還是航天器進行軌道調整，都需要消耗大量燃料。但飛船的空間是有限的，燃料帶多了，可供研究用的儀器就不能帶太多。如果用太陽帆——這種未來最神奇的宇宙飛船，那就根本不需要攜帶燃料，只要有太陽就行了。因為，它的動力來源就是太陽。太陽帆一定是靠
初中生世界·八年級 2006年4期2006-05-11