大型太阳帆干扰力矩消减方法

谢 超，彭福军，恽卫东，刘大利

大型太阳帆干扰力矩消减方法

谢 超，彭福军，恽卫东，刘大利

（上海宇航系统工程研究所，上海201109）

针对柔性太阳帆大变形引起姿态干扰力矩过大的问题，采用有限元方法对一种执行太阳极轨探测的150 m×150 m柔性太阳帆进行仿真分析，采用修正的压力加载方法降低了太阳帆在光压加载下的变形分析误差，获得了帆结构在大变形下由光压引起的干扰力矩。为降低干扰力矩量值、保证姿态稳定，提出了一种通过调整构型来降低变形量的方法，并通过仿真分析验证了该方法的有效性。

太阳帆；大挠性；干扰力矩消减；有限元分析

1 引言

太阳帆是利用巨大帆面反射太阳光子获得动量的新型推进技术，无需推进剂、无污染。太阳帆可从光压作用中持续加速，不仅可以获得常规推进技术难以达到的航行速度，还可执行常规推进技术无法完成的非开普勒轨道探测任务，有效扩大人类的太空探索范围，为执行远距离、长时间和轨道转移能量高的深空探测任务提供新的推进手段［1］。

国外瞄准太阳帆在光压推进和气阻拖曳离轨方面的应用，相继开展了太阳帆技术研究。俄罗斯曾研制出叶片构型的COSMOS⁃1太阳帆［2］，但于2001年和2005年两次发射失败。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）研制出依靠自旋展开的IKAROS太阳帆，已于2010年率先完成首飞［3］。美国航空航天局（NASA）在其制定的空间推进技术项目（In⁃Space Propulsion Technologies，ISPT）中支持发展太阳帆推进技术［4］，于2005年由ATK和L’Gard公司分别研制出20 m×20 m十字支撑型太阳帆样机［5］，进而在2011年成功完成Nano⁃Sail⁃D薄膜帆在轨展开和拖曳离轨试验验证［6］。……