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Equilibrium state of axially symmetric electric solar wind sail at arbitrary sail angles

Chinese Journal of Aeronautics 2024年第11期37卷 232-241页

作者： Chonggang DU Zheng H.ZHU Changqing WANG Aijun LI Tuanjie LI School of Mechano-Electronic Engineering Xidian UniversityXi’an 710071China Department of Mechanical Engineering York UniversityOntario M3J 1P3Canada School of Automation Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710129China

This paper studies the equilibrium state and trajectory dynamics of an axially symmetric Electric solar wind sail(E-sail)at arbitrary sail *** E-sail is assumed operating in a heliocentric-ecliptic orbit at approximately one astronomic unit(au)from the Sun,and experiencing various dynamic disturbances like solar wind pressure,tether tension oscillations,and centrifugal *** study derives analytical expressions for the E-sail's equilibrium state and its maximal coning angle under small coning angle ***,an improved propulsion model is developed for the E-sail in this equilibrium *** assess the precision of these formulations,a high-fidelity E-sail dynamic model is constructed using the nodal position finite element method,where the tethers are modeled as two-noded tensile elements and the central spacecraft and remote units are simplified as lumped *** thorough parametric analyses,this paper conclusively demonstrates that the operation of the E-sail at the equilibrium state can be achieved in accordance with the derived analytical prediction of the equilibrium ***,the improved propulsion model is employed in trajectory analyses for a mission to reach the solar system's *** study provides valuable insights and findings and foundation for the practical application and further advancement of the E-sail technology.

关键词： Electric solar wind sail Extremely flexible system Multi-body dynamics Harmonic motion maximum coning angle Equilibrium configuration Improved propulsion model High-fidelity modeling

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