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第1章 太阳帆介绍1

1.1 引言2

1.2 太阳帆的发展历程2

1.3 “伊卡洛斯号”太阳帆任务介绍7

1.3.1 太阳帆的组成8

1.3.2 IKAROS任务的重要事件9

1.3.3 IKAROS的展开系统13

1.4 太阳帆的关键技术14

1.4.1 动力学与控制14

1.4.2 太阳帆结构设计、打包和展开技术15

1.4.3 材料技术18

1.5 本章小结19

参考文献19

第2章 太阳帆轨道动力学21

2.1 引言22

2.2 太阳光压模型23

2.3 太阳帆轨道动力学25

2.3.1 日心轨道26

2.3.2 行星轨道30

2.3.3 非开普勒轨道37

2.4 本章小结61

参考文献62

第3章 太阳帆轨道转移64

3.1 引言65

3.2 太阳帆局部最优控制67

3.2.1 太阳帆局部最优控制的形式67

3.2.2 局部最优控制的应用69

3.3 星际转移轨道的时间最优问题72

3.3.1 太阳帆时间最优控制理论73

3.3.2 太阳帆时间最优轨道转移任务75

3.3.3 太阳帆时间最优控制的求解方法76

3.4 太阳帆不变流形轨道转移85

3.4.1 太阳帆不变流形的介绍85

3.4.2 地球到人工拉格朗日点的不变流形轨道转移89

3.4.3 人工拉格朗日点之间的不变流形轨道转移99

3.4.4 平衡点与周期轨道之间的轨道转移102

3.5 本章小结107

参考文献108

第4章 太阳帆耦合动力学建模与分析111

4.1 引言112

4.2 动力学降阶模型113

4.2.1 运动学描述113

4.2.2 动力学方程115

4.3 有限元模型与分析118

4.3.1 预应力模态分析119

4.3.2 瞬态动力学分析120

4.4 算例验证与研究121

4.4.1 平动算例121

4.4.2 转动算例122

4.4.3 时变特征研究123

4.5 太阳帆姿态轨道耦合动力学与控制125

4.5.1 悬浮轨道太阳帆姿态轨道耦合系统的稳定性129

4.5.2 太阳帆姿态轨道耦合控制131

4.5.3 数值算例133

4.6 太阳帆结构姿态轨道耦合动力学与控制136

4.6.1 日心悬浮轨道下柔性太阳帆动力学方程136

4.6.2 柔性太阳帆姿态保持控制139

4.6.3 存在振动初值的柔性太阳帆姿态保持控制144

4.7 本章小结149

参考文献150

第5章 太阳帆被动稳定设计151

5.1 引言152

5.2 姿态被动稳定原理分析152

5.2.1 对称结构的被动稳定分析152

5.2.2 不对称结构的被动稳定分析154

5.3 太阳帆人工拉格朗日点的被动稳定设计157

5.3.1 太阳帆的结构157

5.3.2 太阳帆被动稳定在人工拉格朗日点的条件157

5.4 太阳帆日心悬浮轨道的被动稳定设计160

5.4.1 平面太阳帆的自旋稳定设计160

5.4.2 圆锥帆的自旋稳定设计170

5.4.3 三轴稳定太阳帆的被动稳定设计182

5.5 本章小结195

附录5.A 太阳帆转动惯量的计算196

附录5.B 导数量的表示198

参考文献199

第6章 太阳帆编队飞行201

6.1 引言202

6.2 悬浮轨道附近的相对动力学与控制202

6.2.1 太阳帆悬浮轨道附近的相对动力学分析203

6.2.2 太阳帆悬浮轨道附近相对运动的稳定性205

6.2.3 日心悬浮轨道附近的相对构型分析与设计210

6.2.4 悬浮轨道附近的编队控制218

6.3 绕地球周期轨道附近的编队220

6.3.1 自然编队221

6.3.2 相对运动控制230

6.4 本章小结238

附录6239

参考文献241

第7章 太阳帆的应用243

7.1 引言244

7.2 太阳任务的介绍244

7.2.1 人工拉格朗日点任务244

7.2.2 GeoSail任务246

7.2.3 水星任务247

7.2.4 太阳极地轨道249

7.3 太阳帆在小行星牵引任务中的应用253

7.3.1 引力拖车256

7.3.2 单个引力拖车的控制260

7.3.3 引力拖车编队263

7.3.4 各种引力拖车的偏移能力269

7.3.5 本节小结275

7.4 太阳帆实现Halo轨道附近的编队控制276

7.4.1 控制器设计278

7.4.2 直线编队279

7.4.3 圆形编队280

7.4.4 数值算例281

7.5 本章小结283

参考文献283