激光驱动星际飞行的光帆结构稳定性
摘要：行星间航行所需的激光通量下光帆的结构稳定性已进行了分析和数值研究。将正弦扰动引入到二维薄膜帆中，以确定帆是否保持稳定或扰动幅度是否增长。在确定了帆上的反射材料（该材料能对激光照明进行镜面反射）后，确定帆上的加载情况，尽管其他反射模型也可以被纳入。通过使由于辐射压力对帆产生的弯曲力矩与帆的强度和边缘张力引起的恢复力矩相等来找到形状稳定性与不稳定性之间的临界点的准静态解，从而使得可以找到弹性模量和边界张力幅值的解析表达式作为帆属性以及初始扰动的幅值和波数的函数。这些表达式也可以从形式上的变分能量方法中导出。通过将帆离散为有限元素来开发帆动力学的数值模型。通过将扭转弹簧和直线弹簧引入到数值模型中，产生了可以纳入弯曲和施加张力效应的模型层次结构。数值模型可以将扰动帆的瞬态动力学与准静态分析的解析结果进行比较。解析表达式可以正确预测在数值模拟中找到的稳定边界。显示已知材料使帆免受未受控制的扰动增长的硬度是不可行的。通过轻微张力（例如通过充气结构或帆的旋转）可以使帆在所有波长和扰动幅值下保持稳定的形状。
作者：Dan-Cornelius Savu and Andrew J. Higgins
论文ID：2210.14399
分类：Space Physics
分类简称：physics.space-ph
提交时间：2022-10-27