太陽帆精確動力學建模與參數識別

《太陽帆精確動力學建模與參數識別》是依託清華大學，由龔勝平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：太陽帆精確動力學建模與參數識別
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：龔勝平
• 項目類別：面上項目

項目摘要

日本在2010年成功發射了IKAROS號太陽帆，成為世界上第一顆太陽帆任務。該任務遇到的困難之一是太陽帆的建模問題，太陽帆的模型不準確導致無法實現準確的導航、制導與控制。光壓力模型確定太陽帆的光壓力和光壓力矩，影響太陽帆的姿態和軌道。實際上，帆膜材料非常容易發生皺褶和變形，因此，太陽帆的受力會影響帆膜的變形。進行太陽帆精確動力學建模時，必須考慮太陽帆的變形。現有的太陽帆動力學與控制研究中，通常將帆膜視為平整的鏡面，部分學者考慮了帆膜的光學特性，從未有文獻在建模時考慮帆膜的變形因素。面對未來更多的太陽帆計畫，以及精確的導航、制導和控制要求，將帆面當作平面處理已經不夠準確了，需要建立一種精確的太陽帆模型，考慮更多影響太陽帆受力的因素。該項目將建立一種考慮帆面變形的高精度動力學模型，研究如何利用測量的軌道和姿態數據對該模型進行準確的參數辨識。該成果也可用於傳統衛星的太陽光壓力和力矩攝動分析。

結題摘要

日本在2010 年成功發射了IKAROS 號太陽帆，成為世界上第一顆太陽帆任務。該任務遇到的困難之一是太陽帆的建模問題，太陽帆的模型不準確導致無法實現準確的導航、制導與控制。光壓力模型確定太陽帆的光壓力和光壓力矩，影響太陽帆的姿態和軌道。實際上，帆膜材料非常容易發生皺褶和變形，因此，太陽帆的受力會影響帆膜的變形，從未有文獻在建模時考慮帆膜的變形因素。因此，本項目的任務之一是建立太陽帆的精確動力學模型。IKAROS任務驗證了另一個技術是可變反射率材料進行姿態控制，本項目將進一步探測可變反射率材料在太陽帆的軌道，姿態動力學方面的套用。通過本項目的研究，得到了解析的任意形狀的太陽帆光壓力參數化模型和數值計算任意變形的太陽帆光壓力模型。同時，研究結果表明利用可變反射率材料可以產生更多的新的非克卜勒軌道、實現太陽帆的軌道控制、軌道姿態耦合控制等。最後，研究了太陽帆在橢圓限制性三體問題中的動力學，獲得了新的人工拉格朗日點和周期軌道。