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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6 239

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