前　言

亚瑟·克拉克的科幻小说《太阳帆船》：“紧紧系在悬索上的大圆盘形太阳帆，已经鼓满了宇宙间的长风，像一名斗志昂扬、整装待发的勇士。”电影《阿凡达》中，人类飞抵4光年外的比邻星所使用的巨大宇宙飞船采用了16平方千米的巨大太阳帆作为动力。刘慈欣小说《三体Ⅲ·死神永生》的“阶梯计划”中，人类举全球之力发射了一艘辐射帆飞船，此飞船经受了上千次核爆的考验，帆的面积达到50平方千米，但是只有50千克。非常有意思的是，之前很多科幻小说包括动漫里的某些内容，都会变成现实，像是预言一样。太阳帆推进技术也是这样一种充满科幻色彩的空间创新技术。20世纪70年代，美国国家航空航天局（NASA）提出利用太阳帆实现与哈雷彗星交会的方案，需要一个边长800米的正方形太阳帆。到了2010年日本就发射了一个名叫伊卡洛斯的航天器，也是世界上第一个太阳动力帆航天器，在其星际巡航阶段，部分采用了太阳光压力推进。在经过近60年后，科幻变为现实。太阳帆推进技术需要轻薄的材料、巧妙的折展结构、先进的控制，更需要的是多学科之间复杂的总体优化设计，达到质量面积比的极小化，从而使得1平方千米理想薄膜上最大9牛的太阳光压力能够推动航天器星际航行。

国际上太阳帆航天器一直都在受到各国的重视，各种创新的任务方案和航天器方案不断涌现，关键技术逐渐被攻克。目前国内在小型太阳帆或者小型薄膜帆领域进步也很快，近几年，以拦截帆、技术验证帆为目的的薄膜结构也成功在空间展开多次。作者所在的中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室获得国家国防科技工业局、国家自然科学基金委等多个项目的支持，从“十二五”开始持续关注深空探测任务、在轨服务任务中的太阳帆推进技术。在多个协作单位的支持下，从总体层面对大型太阳帆的各项关键技术进行了初步探索，取得了一定的成果。本书的主要目的是为各位同领域的研究者展示团队的研究思路和研究成果。如果能够为各位学者提供微小的借鉴或者启示，作者将不胜荣幸。

本书的主要研究内容需要感谢清华大学龚胜平老师团队，中科院空间中心高东、杨萱、钱航、马鑫等老师和同学，哈尔滨工业大学卫剑征老师团队、荣思远老师团队，中国空间技术研究院510所冯熠东研究员团队，中国空间技术研究院物资部高鸿研究员团队，钱学森空间技术实验室张兴华、刘海涛、贾海鹏等多位同事。特别感谢钱学森空间技术实验室王立研究员等领导的关怀和指导。

作者能力有限，虽然经过多次修改，但是书中肯定还存在很多不足之处，请各位读者不吝指教。

作　者