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Solar Sail Dynamics and Coning Control in Circular Orbits

机译：圆形轨道太阳帆动力学和锥面控制

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Attitude dynamics of a solar sail are described relative to an orbiting local-vertical/local-horizontal frame under the influence of aerodynamic, solar, and gravity-gradient torques. The complete set of equilibria of the sail normal vector in local-vertical/local-horizontal is described as a function of sailcraft spin rate and orbit and sailcraft design parameters. These equilibria enable orbit-rate coning of the sail normal that is useful for changing orbit parameters using solar thrust. Lyapunov stability properties of the equilibria are analyzed, providing conditions for stable equilibria. Feedback control is considered for stabilization and additional damping, enabling any of the equilibria to be asymptotically stabilized. This approach enables long-term thrust-vector control in the presence of large environmental torques for significant orbit-parameter variation over time. An example of a 3 kg microsailcraft is used to illustrate the equilibrium and stability conditions and the performance of the attitude control.
机译：相对于在空气动力学，太阳和重力梯度转矩的作用下在轨道上局部/垂直/局部水平的框架描述了太阳帆的姿态动力学。帆在垂直/本地/水平方向上的法线向量的完整平衡集被描述为帆艇旋转速度和轨道以及帆艇设计参数的函数。这些平衡使帆法线的轨道速率锥化对于利用太阳推力改变轨道参数非常有用。分析了平衡的Lyapunov稳定性，为稳定的平衡提供了条件。考虑使用反馈控制来实现稳定和附加阻尼，从而使任何平衡都渐近稳定。这种方法能够在存在较大环境转矩的情况下进行长期推力矢量控制，从而使轨道参数随时间发生显着变化。以一个3千克的微型帆船为例，说明了平衡和稳定性条件以及姿态控制的性能。

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