含扁率的希爾型三體系統太陽帆懸浮軌道設計

宋 明， 和興鎖， 閆業毫， 和東生

(西北工業大學 力學與土木建筑學院，陜西 西安 710029)

0 引言

太陽帆是利用巨大的、像鏡子一樣的輕質帆面反射太陽光來產生推動力的.由日本航天局研制的“IKAROS”太陽帆成功發射后[1]，基于太陽帆的一系列空間任務被相繼提出，如：NanoSail-D, Cubesail, DeorbitSail, Sunjammer，LightSail等.毫無疑問，太陽帆將會成為本世紀的熱門研究課題.

限制性三體問題模型一直被視為基本的動力學模型[2]，而希爾型三體問題是限制性三體問題的一種近似[3].通常情況下人們把天體視為質量均勻分布的理想球體，不考慮質量為無窮小量的太陽帆對天體運動的影響.但是，宇宙中純粹意義的球體是不存在的，大部分星體都是扁的，也有一部分是不規則形狀的.Sharma[4]發現考慮大天體扁率的限制性三體系統存在周期性軌道.Singh[5]把諸如天體扁率、天體的輻射等多種擾動影響結合在一起，分析平衡點的非線性穩定性.Douskos[6]對希爾型三體問題的平衡點及其穩定性進行了系統研究.遺憾的是，以上文獻沒有涉及到天體扁率對太陽帆軌道的影響.因此，筆者主要研究天體扁率在希爾型三體系統中對太陽帆運動的影響，以及共線平衡點附近的懸浮軌道設計.

1 太陽帆力學模型

“IKAROS”太陽帆上的反射控制設備，簡稱RCD，是一種柔性多層液晶薄片通過改變其上的電壓來改變反射率的裝置[7].龔勝平等[8]提出了一種RCD，其中包含兩種模塊：鏡面反射模塊和吸收光線模塊，并把這種技術成功運用在研究地月系統平衡點太陽帆軌道運動和研究太陽帆在小行星附近的動力學[9-10].筆者將會利用這一技術并進行一些改進.改進型的RCD包含兩種模塊，一種是反射模塊，反射系數為ρr；……