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Strong Solar Radiation Forces from Anomalously Reflecting Metasurfaces for Solar Sail Attitude Control

机译：来自异常反射超表面的强太阳辐射力用于太阳帆姿态控制

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摘要

We examine the theoretical implications of incorporating metasurfaces on solar sails, and the effect they can have on the forces applied to the sail. This would enable a significant enhancement over state-of-the- art attitude control by demonstrating a novel, propellant-free and low-mass approach to induce a roll torque on the sail, which is a current limitation in present state-of-the-art technology. We do so by utilizing anomalous optical reflections from the metasurfaces to generate a net in-plane lateral force, which can lead to a net torque along the roll axis of the sail, in addition to the other spatial movements exhibited by the sail from solar radiation pressure. We characterize this net lateral force as a function of incidence angle. In addition, the influence of the phase gradients and anomalous conversion efficiencies characteristics of the metasurfaces are independently considered. The optimum incidence angle that corresponded with the maximum net lateral-to-normal force ratio was found to be −30° for a metasurface exhibiting 75% anomalous conversion efficiency with a phase gradient of 0:71k0.
机译：我们研究了在太阳帆上结合超表面的理论含义，以及它们对施加到帆上的力的影响。通过展示一种新颖，无推进剂，低质量的方法在风帆上引起侧倾扭矩，这将大大增强现有技术中的姿态控制能力，这是当前技术现状的局限性艺术技术。我们通过利用来自超表面的异常光学反射来产生净平面内侧向力，从而产生除沿太阳帆辐射所产生的其他空间运动之外的沿帆的侧倾轴的净扭矩。压力。我们将净侧向力描述为入射角的函数。另外，独立考虑超表面的相位梯度和异常转换效率特性的影响。对于具有75％异常转换效率且相位梯度为0：71k0的超颖表面，发现与最大净侧向法向力比相对应的最佳入射角为-30°。

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