荣思远,刘家夫,崔乃刚

(哈尔滨工业大学 航天学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

快速、高效、低成本、低风险、长寿命是21世纪现代航天飞行器技术发展的目标。现代飞行器受化学燃料火箭能量和其能携带的燃料质量的制约日甚,特别是为使深空探测的距离更远和更长期在轨完成更多的空间任务,飞行器的质量随之增大,这就必然需要携带更多的燃料并付出更大的代价。为克服这些缺点,已出现了核子火箭、电火箭和离子火箭等多种新型高效发动机并用于空间飞行任务,但它们都未摆脱燃料的束缚,飞行器寿命仍受制约。

为摆脱庞大的运载工具,且能使航天器携带更多的载荷,以实现更快、更廉价、更好的目标,近年来一种新型的航天器——太阳帆航天器受到了国内外的广泛重视。太阳帆航天器依靠面积巨大但质量很轻的太阳帆反射太阳光获得源源不断的推力,是唯一不依靠反作用推进实现飞行控制的飞行器。它无需消耗燃料,在太空中的寿命不受有限燃料的制约;采用高性能材料使其结构质量很轻,可显著减小发射质量,发射费用更低。利用太阳光压所提供的连续加速度,经过长时间加速,太阳帆航天器能以速度93 km/s飞行,该速度较当今火箭推进的最快航天器快4～6倍[1、2]。

太阳光产生的压力很小,全反射时在1 AU处约9μN/m2。为获得足够的推力,太阳帆航天器需有很大的反射面,而为获得更大的加速度,太阳帆航天器质量须非常轻。通过控制太阳帆与太阳光线的夹角,可使太阳帆航天器向太阳系中心或远离太阳系飞行。……