深空探测太阳帆推进技术

\"本书作者团队在科工局民用航天、国家基金委等多个项目的支持下，持续关注深空探测太阳帆推进任务，在多个协作单位的支持下，从总体层面对大型太阳帆的各项关键技术进行了初步探索，取得了一定的成果。主要包括： 概述了主带小行星探测任务对象和太阳帆推进技术进展。建立了考虑薄膜形状的光压力模型，光压力与结构之间的静动力学分析模型，结构姿态轨道耦合的动力学模型，并开展了仿真分析。以2020年前后在7年时间内探测至少3颗主带小行星为主要任务目标，开展了目标选择优化方法研究，轨道设计方法研究，以及姿态轨道耦合控制方法研究。从结构构型、支撑臂、帆面、折展、支撑包装结构等多个太阳帆特有系统上进行了设计技术研究。针对收纳半径最小、收纳体积最小、展开顺利无遮挡，在功能完整的基础上结构、机构尽量简单的设计要求，开展地面折叠展开原理样机设计及研制，并对研制的地面原理样机开展地面测试和试验，验证原理样机的折叠展开方案，得到缩比样机在地面环境下的力学特征参数，为太阳帆结构的优化设计提供了依据。 本书的主要目的是为各位同领域的研究者展示团队的研究思路和研究成果。读者对象是对航空航天领域感兴趣的群体；进入课题研究阶段需要了解课题研究对象和方法的本硕博学生群体；开展太阳帆推进技术以及类似技术领域研究的学者等。 \"

刘宇飞，博士，毕业于哈尔滨工业大学，高级工程师，在中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室开展空间太阳能电站、深空太阳帆等超大尺度空间系统构建与应用研究，是航天五院科技委专家、宇航学会太阳能电站专委会委员、军科委基础加强评审专家。承担和参与了深空探测民863重大课题、民用航天重大背景课题、自然基金重点项目、军科委基础加强项目等数十项课题研究工作。授权发明专利10余项，在航天领域顶级期刊发表各类论文数十篇。

第1章 绪论 1.1 利用太阳帆开展主带小行星探测概述 1.1.1 小行星探测国内外发展现状 1.1.2 主带小行星探测意义 1.1.3 主带小行星探测的目标选择 1.1.4 利用太阳帆开展主带小行星探测任务设想 1.2 太阳帆推进技术发展概述 1.2.1 太阳帆探测器以及太阳帆创新概念研究现状 1.2.2 太阳帆探测任务研究现状 1.2.3 国外主要太阳帆研究团队进展 1.2.4 太阳帆后续发展的设想 第2章 基于太阳光压力的太阳帆推进理论 2.1 太阳光压力建模理论 2.1.1 太阳光压力推进理论研究 2.1.2 太阳帆光压模型 2.2 太阳帆结构静动力学建模方法 2.2.1 太阳帆静力学分析 2.2.2 太阳帆“中心刚体+挠性附件”动力学方程 2.2.3 太阳帆动力学耦合系数计算 2.2.4 太阳帆全杆模型 2.2.5 太阳帆全帆模型 2.2.6 太阳帆全柔性动力学方程 2.3 太阳帆姿态轨道耦合动力学建模方法 2.3.1 太阳帆姿态轨道耦合动力学模型建立 2.3.2 姿态轨道振动耦合动力学降阶模型 2.4 基于时变光压力的动力学数值仿真分析 2.4.1 振动变形对太阳帆所受光压力的影响 2.4.2 振动变形对太阳帆姿态和轨道的影响 2.4.3 姿态振动耦合影响分析 第3章 利用太阳帆开展主带小行星探测任务设计 3.1 太阳帆主要指标 3.2 多颗主带小行星目标选择优化方法 3.3 主带小行星探测任务轨道设计方法 3.3.1 太阳帆日心轨道动力学基础 3.3.2 太阳帆轨道优化设计方法 3.3.3 标称轨道设计结果 3.3.4 轨道设计结果分析 3.3.5 不同参数的影响分析 3.4 百米级太阳帆姿态轨道耦合控制方法 3.4.1 太阳帆GNC分系统概述 3.4.2 太阳帆光压力矩调节器设计 3.4.3 滚转轴稳定机设计 3.4.4 太阳帆动力学模型对控制结果的影响分析 3.5 总结与展望 第4章 百米级太阳帆方案设计 4.1 太阳帆构型比较与方案设计 4.2 支撑臂选择与设计 4.2.1 支撑臂构型种类 4.2.2 支撑臂结构设计 4.2.3 支撑臂力学分析