摘要：为了分析电帆推力的影响因素,根据电帆推进原理设计了电帆地面模拟装置。首先分析了真空中带电导线和等离子作用机理,得出了电帆推力公式。利用朗缪尔探针测量了电帆模拟试验环境中等离子体参数,计算产生推力的大小,最后通过微推力测量系统测量电帆产生的推力,与计算结果进行了对比。根据推力公式和仿真结果表明,提高电压、增加带电粒子密度和速度、增加电帆长度均可增加推力。在试验中电帆上电压从300V增加到800V时,推力从9μN增加到26μN。仿真和试验结果表明,电压、带电粒子密度和速度、电帆导线长度都对推力有影响。根据试验结果,电帆推力公式的经验推力系数在1~2取值。

摘要：电帆是一种利用太阳风动量的新颖的无工质空间推进系统,文章研究了以电帆为对象的行星际转移轨迹优化问题。以地球轨道转移到火星、金星轨道为任务对象,采用连续推力模型,研究极坐标系下最小时间转移轨迹优化设计问题。提出了两种基于粒子群算法(PSO)的直接优化方法,避免对协态变量初值敏感的两点边值问题(TPBVP)求解。方法一是通过打靶法直接离散化控制量输入,将最优控制问题转化为非线性规划参数优化问题,采用PSO算法寻优,获得近似最优的转移轨迹。方法二是针对任何连续控制律曲线都能以一定精度的多项式函数进行曲线拟合的特性,设计逼近最优转移轨迹控制律的多项式函数,通过PSO算法优化多项式函数参数获得逼近最优解的转移轨迹。仿真结果表明采用上述两种方法进行转移轨迹优化设计,具有随机猜测初值、全局收敛、鲁棒性强的特点。

摘要：电帆柔索动力系统以太阳风动压为动力源是一种颇具前景的无工质推进方式,由末端质量在自旋运动中产生的离心力带动展开。由于大变形、大转动柔索具有较强的几何、材料非线性,刚体运动与变形之间出现强耦合等特性,为了对柔索电帆展开过程中的整体姿态变化进行准确模拟仿真,本文采用基于有限段离散化方法建立了多刚体加柔性连接的柔索模型,实现了电帆柔索展开机构的柔性体建模。针对不同驱动展开角速度以及末端质量的情况,本文通过分析柔索伸长速率、末端运动相位、绳内张紧力等的变化特点,分析展开过程中柔索动态特性及影响因素。其中驱动角速度影响展开速率以及柔索运动相位的变化,末端随半径的增加产生的离心力也越大,可能使柔索出现反向缠绕的现象;对更大长细比的柔索,增加末端质量能够增加电帆自旋展开的稳定性。本文的研究能够为柔索电帆机构设计、柔索展开控制及帆面保持提供有效的理论参考。