第1章　绪　论

快速、高效、低成本、低风险、高生存能力是21世纪航天技术发展要达到的重要目标。而现代飞行器越来越受到了化学燃料火箭能量和其能携带的燃料质量的制约，如燃料在航天飞机起飞时的质量占比接近95%；而为了深空探测的距离更远和更长期在轨完成更多的空间任务，飞行器的质量也随着增大，这就必然需要携带更多的燃料并付出更加高昂的代价，如2003年6月2日欧洲发射的火星探测器“火星快车”质量达2 t，耗资3亿欧元。为了克服这些缺点，许多新型高效的发动机如核子火箭发动机、电火箭发动机和离子火箭发动机等已经出现并应用于空间飞行任务，但它们都不能摆脱燃料的束缚，飞行器寿命仍受制于所携带的燃料的多少。

为了摆脱庞大的运载工具，且能使航天器携带更多的载荷，达到“更快、更廉价、更好”的目标，一种新型的航天器——太阳帆航天器近年来受到国内外航天界的广泛关注。太阳帆航天器依靠面积巨大但质量很小的太阳帆反射太阳光获得源源不断的推力，是唯一不依靠反作用推进实现飞行控制的飞行器，它不需消耗燃料，在太空中的寿命不受有限燃料的制约；高性能材料的采用使其结构质量很小，可大大减小发射质量，从而使发射费用更低。利用太阳光压的连续加速度，经过长时间加速，太阳帆航天器可以以93 km／s的速度前进，这个速度比当今火箭推进的最快航天器快4～6倍。

太阳光产生的压力很小，理想情况下全反射时在1 AU处每平方米可产生大约9 μN的压力。为了获得大的推力，太阳帆航天器需要有很大的反射面；而为了获得更大的加速度，太阳帆航天器质量必须非常小。通过控制太阳帆与太阳光线的夹角，可以使太阳帆航天器向太阳系中心或远离太阳系飞行。

太阳帆航天器是唯一的不依赖于反作用质量的飞行器，它可以适应各种任务，如星际探测、取样返回、太阳极点观测等，高性能的太阳帆也可完成过去一些无法实施的任务，如沿非开普勒轨道绕地球或太阳运行，或发射有商业价值的极地通信卫星。从现代航天器无法到达的地方观测星体，增加了探测宇宙的视角与方法，在空间平台任务中有着一定的应用前景。因此太阳帆航天器必将对空间平台任务产生深远的影响。

本章主要概述主带小行星探测任务对象和太阳帆推进技术进展，既为读者提供概念认知，也为后续章节提供研究对象。首先介绍在小行星探测领域的国内外主要进展，进而针对主带小行星探测任务，描述其探测意义、目标选择以及有效载荷建议。接下来主要介绍利用太阳帆推进技术的特点和近期发展情况。