伊利诺伊大学香槟分校
表示(a)静态垂直太阳能电池板的当前空气制动，以及(b)使用旋转太阳能电池板主动控制轨迹的建议概念
学分:伊利诺伊大学系
航空航天工程学院 一颗执行火星科学任务的卫星的目标是低空轨道，但是轨道越低，从地球到达轨道所需的推进剂就越多
为了节省推进剂，一种称为空气制动的技术使用一个小的推进机动来插入轨道以进入大轨道；然后，卫星多次穿过高层大气，利用太阳能电池板上的阻力将每次穿过的轨道尺寸缩小一点，直到轨道达到科学运行所需的尺寸
这种空气制动技术需要三到六个月的时间才能完成，并且需要地球上地面团队近乎不间断的监督
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的航空航天工程师开发了一种在特技飞行中使用铰接式太阳能电池板来操纵卫星的方法，减少了所需的通过次数，从而潜在地节省了推进剂、时间和金钱
AE教授Zach Putnam说:“如果我们能旋转太阳能电池板，我们就能控制产生多少阻力，我们实际上可以在大气通过期间转向，以控制加热和能源消耗。”
“这意味着我们可以飞得更接近操作限制，空气制动也更快
" 普特南博士
D
学生朱西·法尔科内利用卫星旋转太阳能电池板的能力，计算了如何利用太阳能电池板来优化和控制阻力
Putnam说:“Giusy开发了一种实时算法，你可能会认为这是一种自动驾驶仪，它根据当前的大气条件，利用来自航天器机载导航系统的信息，实时确定太阳能电池板的角度。”
飞行过程中的主要限制因素是太阳能电池板的温度
当卫星撞击火星大气中的分子时，摩擦会加热太阳能电池板，而过度加热太阳能电池板会杀死航天器
“能够在每次大气通过期间操纵卫星，使我们能够确保在飞行到更接近热极限时不会使太阳能电池板温度过高
这是一大进步
它可能只需要几周的时间，而不是三至六个月的空气制动
" 这项研究是关于自动化一次通过大气
普特南说，在一次完整的空气制动运动中，这个过程会重复多次
他解释说，随着卫星轨道变得越来越小，完成一个轨道所需的时间变得越来越短，直到轨道变得如此之短，以至于没有时间将信息从航天器传输到地球，等待决定，然后发回命令进行纠正
“因为它是自动的，所以Giusy的算法在轨道非常快速的最后阶段特别有帮助，但是该算法可以用于整个过程
" 这是发展空气制动自主能力的第一步，对大规模降低成本和任务风险具有重要意义
“火星之旅需要6到9个月的时间
我们不能真正改变这一点，但我们认为我们可以缩短空气制动到低空轨道所需的时间，”普特南说
“我们保存的推进剂可以用来做其他事情，比如延长飞船的寿命
" 普特南说，目前的空气制动方法在操作上也很密集，地面小组每天24小时工作大约6个月
“你可以想象，对于一个昼夜不停工作的地面团队来说，这有多贵，”他说
“能够与火星通话的地面站的带宽也很有限
我们只有三个，他们已经超额认购了
“这个软件将大大减少我们对地面站的依赖
如果我们能在飞船上实现自动化，并且每周只需与飞船核对一次，那将真正降低成本
而且，它可以由许多卫星同时完成
" 这项名为“空气制动大气通道的能量损耗指南”的研究是由吉西·法尔科内和扎克·普特南撰写的
它发表在《制导、控制和动力学杂志》上
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