霍明英 齐乃明 刘宇飞 曹世磊 叶炎茂

(1.哈尔滨工业大学 航天工程系,哈尔滨 150001) (2.中国航天科技集团公司钱学森空间技术实验室，北京 100094)

引言

电动帆是由芬兰学者Janhunen于2004年提出的一种无质损的推进方式[1].与太阳帆不同的是,电动帆的动力来源不是太阳光压,而是太阳风带电粒子的动能冲力,其飞行原理示意图如图1所示.电动帆由很多根长而细的柔性金属链所组成,这些金属链通过飞行器自旋展开.空间飞行器上的太阳能电子枪向外喷射电子,使金属链始终保持在高度的正电位,这些带电的金属链会排斥太阳风正电粒子,从而利用太阳风的动能冲力推动空间飞行器驶向目标方向.由于电动帆能够利用太阳风的动能冲力飞行而不需要消耗推进剂,因此电动帆非常适用于长期的空间飞行任务[2,3].

欧盟第七框架协议资助电动帆项目组数百万欧元开展理论研究及原型样机研制.美国航空航天局(NASA)马歇尔航天中心也正在实施HERTS(太阳风静电高速运输系统)计划,计划将电动帆应用于太阳风层顶的探测.电动帆的飞行原理已经经过空间飞行测试(ESTCube-1卫星),其原型样机的测试将在未来的几年内完成(Aalto-1卫星[4,5],如图2所示).目前,国内已有航天科技集团五院502所[6,7]、北京理工大学[8]和哈尔滨工业大学[9,11]等正在开展相关的研究工作.

近年来,电动帆推力矢量数学模型方面的研究得到了相关研究团体的关注.在电动帆的传统推力模型中,忽略了电动帆……