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沿螺线轨道飞行的太阳帆航天器姿态被动控制研究张治国,·李俊峰,宝音贺西lASSIVE为是实际而有效的方法之一【。太阳帆无需携带燃料,它的比冲理论上是无穷大。在离太阳一个天文大约与太阳对帆引力的加速度相等。尽管太阳帆获100084chin)ary深空探测任务通常会受到火箭发动机和燃料重量的限制。为了减少燃料的重量,提出了多种新型推进方法,其中利用太阳光压的太阳帆推进被认6mms2得的推力并不大,但是在长时间的星际航行中,随25720087工程力学袰1000-4750(2008)07-0212-05摘要:太阳帆是一种新型航天器,它可以借助太阳光压作为动力而自身无需携带大量的燃料,因而被设计运用于星际航行和深空探测。其中,用于星际航行的对数螺线轨道引起了研究者的兴趣。这样的飞行任务中,要求太阳帆的姿态与太阳光线方向成一个固定的角度。常见的对称的太阳帆平板模型不能被动的保持满足上述要求的姿态。该文利用不对称的太阳帆设计来实现被动的姿态控制,并利用轨道、姿态耦合的动力学模型进行仿真。结果表明:在空闻干扰微弱的环境条件下,可以实现被动姿态稳定。关键词:太阳帆;姿态;被动控制;星际航行:对数螺线轨道中图分类号:.+-032007-04-29基金项目;国家自然科学基金作者简介:张治,男,湖南人,博士生,主要从事航天器动力学与控制研究簉.;+(1964--)(E-maillijunftsinghu&)ii0972-)(E-******@tsin#uLeduen)縪
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鰋%ⅲ俊緇一卢口緾[1pCOS2a(costan?"sin)siny尹一砷涸罜~善口:卢等,。以刀-t-2ttpCOS2sina213l太阳帆姿态被动控制搠:—五—=㈣123kms3154kms定角度,并且轨道运动初速度满足一定条件时,借助太阳光压可以产生螺旋渐开线轨道,实现星际航设计进行了研究,特别重点研究了在地心椭圆轨道程,对依靠伸出的长杆进行姿态控制的太阳帆进行质量的关系:阳光通密度;%是一个天文单位:彳是太阳帆的面p研究表明【:对于非理想的太阳光压模型,当着时间的积累,也能获得很大的飞行速度。即使航1mms2达到./痟灰桓鲈潞蟠锏/约倍音速天后,就可超过第二宇宙速度。1出太阳系。I4道,利用太阳光压进行轨道的保持,以及利5-67行,例如登陆火星。对于太阳帆的姿态控制也已开展了相关研究。Wie上由于太阳光压中心和质心不重合带来的干扰力矩对姿态控制稳定性和指向的影响【俊在他的硕士论文中对平面情况下利用拉格朗日方l01[11本文针对日心螺线轨道,利用不对称的太阳帆产生控制力矩来进行姿态被动控制。太阳光压太阳帆受太阳光压的大小有多种描述方法,对于理想的太阳帆,它获得的太阳光压推力产生的加速度可以描述为‘】:由上述两式可以得到太阳光压因子与飞行器对数螺线轨道研假设轨道在同一个平面内。太阳帆沿着轨道的运动视为太阳和飞行器之间的二体问题。太阳和飞行器都作为质点。太阳帆具有理想的