非理想太阳帆受阴影影响的地球逃逸轨道探讨.pdf

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1、第23卷第2期航天器工程V01．23No．21111笙!旦量呈垒篁兰呈垦垒至三曼墼篁!型兰三里!望垒!!非理想太阳帆受阴影影响的地球逃逸轨道探讨钱航1’2郑建华1吴霞1高东1(1中国科学院空间科学与应用研究中心，北京100190)(2中国科学院大学，北京100190)摘要太阳帆航天器通过反射太阳光子实现推进，是一类特殊的小推力航天器，因此其逃逸轨道不同于常规化学推进的航天器。文章考虑太阳帆帆面褶皱和鼓起等因素，建立更为真实的太阳帆光压力模型；同时，由日地关系建立三种不同的二维地影模型，并进行了初步的对比仿真

2、研究。研究结果表明：尽管非理想太阳帆和地球遮挡这两个因素短时间的影响很小，但随着时间的推移，会对整体逃逸轨道和逃逸时间产生累积影响。文章的研究结果对于利用太阳帆实现逃逸轨道设计和姿态控制具有一定的指导意义。关键词地影；太阳帆；力学模型；逃逸轨道中图分类号：V529．1文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．02．004PreliminaryDiscussiononEscapeTrajectorieswithShadowforNonideaiSolarSailingQ

3、IANHan91'2ZHENGJianhualWUXialGAODon91(1CenterforSpaceScienceandAppliedResearch，ChineseAcademySciences，Beijing100190，China)(2UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China)Abstract：Solarsailingisakindofspeciallowthrustspacecraftusingsolarradiation

4、pressureforceaspropulsionandtheEarthescapetrajectoriesofitaredifferentfromthoseoftraditionalchemicalpropulsionspacecraft．Inordertoformamorerealisticsolarsailmechanicsmodel，thewrinkleandbillowingOfsolarsailareconsidered．Andthen，threedifferentplanarshadowmod

5、elsarebuiltaccordingtotherelationshipbetweentheSunandtheEarth．Preliminarycomparisonsamongthesemodelsshowthattheeffectofnonidealsolarsailandearthshadowondepartureorbitandtimeissmallwhentimeintervalisshort，butitcertainlyincreaseswithtime．Theresultscangivepre

6、liminaryguidancetotheescapetrajectorydesignandattitudecontrolofsolarsailing．Keywords：earthshadow；solarsail；mechanicsmodel；escapetrajectory1引言太阳帆航天器以其不受燃料约束、可持续加速、能够形成很多新型轨道，而受到航天界的广泛关注和研究阻5。。太阳帆能够从地球停泊轨道出发，通过改变帆的朝向来提供所需轨道速度方向推力，从而增加轨道能量实现逃逸出地球影响球。同样，太阳帆也能够

7、完成其他行星逃逸轨道转移任务。在19世纪60年代早期，Sands首先研究了太阳收稿日期：2013—12—04；修回日期：2014—03—03基金项目：中国科学院战略性先导科技专项资金资助项目(XDA04060303)，太阳帆民用航天资助项目作者简介：钱航，男，博士研究生，研究方向为太阳帆航天器轨道和姿态动力学控制与仿真。Email：qianhangl0@mailsucas．ac．cn。20航天器工程帆地球逃逸任务，使用模型较简单，并对仿真条件进行了高度简化[6]。2004年Macdonald和Mclnnes

8、对考虑地球遮挡的太阳帆地球逃逸轨道进行了优化设计，但只分析了锥形地影，采用的也仍是理想太阳帆17J。国内，哈工大的史晓宁等[81提出了一种太阳帆地球逃逸解析最优控制律，可使航天器在逃逸过程中轨道能量变化速率最大，然而没有考虑地影因素，推力模型也是理想模型。本文研究考虑地影的非理想太阳帆地球逃逸轨道问题。根据太阳帆帆面的光学状况建立非理想太阳帆模型，并由日地关系建立三种不同的二维地影模型，采用能量变化率最大的逃逸控