太阳帆材料研究进展刘彪冀棉杨士勇
（中国科学院化学研究所高技术材料实验室，北京100190）
文摘太阳帆飞船由于无需动力等优势近年来引起了各国科学家的研究兴趣，并在深空探测领域具有重要的应用前景。太阳帆的结构设计和材料选择是影响其性能的重要因素，本文结合太阳帆飞行环境的特点，介绍了太阳帆的基本结构和飞行原理，重点针对目前几种比较典型的太阳帆设计，对其支撑材料以及帆面薄膜材料进行了综述，并分析了各种材料和设计的性能特点。
关键词飞行器，太阳帆，结构，材料
RecentProgress onSolarSailMaterials
Liu Biao
JiMian
YangShiyong
(Laboratory of Advanced Polymer Materials,Institute of Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190)
AbstractNon-powered solar sails are arousing more and more research interest all over the world in recent years, which have significant potential applications in deep-space exploration due to their unique advantages. The structures and materials are critical factors for solar sails. According to the flight environment of solar sails,this paper introduced their basic structures and mechanisms, and reviewed the deployable boom materials and sail membrane ma-terials for some typical solar sail designs. The features of different materials and designs were also discussed.
Key words Aircraft,Solar sail,Structure,Materials
0引言
太阳帆飞行器是利用太阳光压产生的推力为动力进行空间探测的。当光子的动量作用在反射平面上时，其造成的冲量会形成推力；当反射面足够大时（如边长为100m的正方形帆面），就会形成比较可观的推力；在这种推力作用下，太阳帆飞行器会被逐浙推进到很高的飞行速度。因此，这种航天器正在逐步引起各国科学家的高度关注，目前从地面试验到空间飞行试验，都在不断地取得突破性进展(1-2)。
太阳帆材料对飞行器的性能具有重要的影响[3]。为了使飞行器获得更大的加速度，减轻太阳帆承力结构的有效载荷，使太阳帆面的展开更加容易和安全，研制更加轻质的太阳帆材料成为太阳帆航天器发展的核心问题。除轻质外，太阳帆材料还必须具有优异的空间稳定性，耐高低温性能，优良的综合力学性能及易于成型和大面积制备等特点。本文对太阳帆用主要结构及材料进行概述。
太阳帆的结构设计 1
收稿日期：2013-03-15；修回日期：2013-0603
太阳帆主要由帆面薄膜、支撑结构、太阳帆展组件等组成。为了减轻其质量，增大受力面积，需要采用超大、超轻、超薄的太阳帆面。目前，太阳帆面用薄膜主要采用聚酰亚胺或聚酯薄膜；为了增大帆面对太阳光线的反射率，通常在薄膜表面蒸镀一层铝箔。
太阳帆的支撑架一般采用碳纤维复合材料，并要求其帆面和支撑结构都能够折叠或者卷曲收藏，这对支撑架的选择和设计是一个很大的挑战。目前太阳帆的构型主要由两种：一种是以日本Ikaros为代表的旋转型太阳帆；另一种是较为常见的刚性太阳帆。
旋转型太阳帆是利用旋转离心力将帆面展开，并保持形状4]。这种设计可以不使用支撑结构，实现更高的质量效率；刚性太阳帆则采用支撑架为太阳帆
面提供支撑作用，实现三轴稳定。 2太阳帆用主要材料
目前，开展太阳帆研究项目的机构主要有德国航空航天局（DLR）、欧洲航天局（ESA）、美国航空航天局（NASA）及其相关机构、美国行星学会（ThePlane
作者简介：刘彪，1986年出生，博士研究生，主要从事高性能聚酰亚胺树脂基复合材料的研究。E-mail：liubiao@iecas.ac.en
—24 万方数据
宇航材料工艺http//www.yhclgy.com2013年第4期