2.1.2 太阳帆光压模型
不考虑太阳帆褶皱、热变形和结构振动的理想模型下，太阳光压力是由于太阳光子撞击在太阳帆表面反射导致动量交换而产生的。在光子撞击帆面时，一部分光子被吸收ρa，一部分发生镜面反射ρs，一部分发生漫反射ρd。
在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度乘以方向角的余弦，这样的发光面称为朗伯发射面或朗伯体。在一个天文单位处作用在朗伯发射面的太阳光压力可以表示为
式中，P为太阳光压强，S为太阳帆的面积。
令nt为ns和n组成的平面内垂直法线方向n的单位矢量，则ns＝cos αn＋sin αnt。因此，太阳光压力可以表示为
式中，
。
如果散射率为零，即ρd＝0，则光压力可以简化为
考虑更多光学和热参数时，光压力可以进一步表示为
式中，Bf，Bb分别为帆正面和反面的朗伯系数；εf，εb分别为帆正面和反面的漫射系数；k为正面的反射率；s为镜面反射系数。NASA的实验结果表明，正面镀铝反面镀铬的帆面具有如下的光学参数：Bf＝0.79，Bb＝0.55，εf＝0.05，εb＝0.55，k＝0.88，s＝0.94。
将上述参数代入式（2-15）和式（2-16）可以得到光压力的表达式为
实际中，由于太阳帆的变形，太阳帆各处受到光压力不均匀。为了得到准确的太阳光压力，必须沿整个帆面数值积分。因为光压的分布与帆的形状有关，且帆的形状由光压分布确定，数值积分需要迭代。JPL通过迭代算法得到的平面正方形帆的光压力模型为
式中，
在学术研究时，作用在太阳帆面上的光压力近似取为
其中，η为整个帆的光压力系数，在考虑帆的褶皱和变形的情况下为1.8左右，理想情况下取最大值ηmax＝2。
对于理想太阳帆，在没有特殊说明的情况下η取最大值。太阳帆的加速能力的描述方式有多种，太阳光压因子是其中一种，太阳帆的光压因子β定义为太阳帆的法线方向与太阳光方向一致时太阳光压力与太阳引力的比值。β与帆的面质比有关，比值越大，β越大。太阳帆受到的光压力除了与帆的面质比有关外，还与太阳帆的姿态有关。如图2-6所示，太阳帆的法线方向与太阳光方向的夹角为α，则太阳帆受到的光压加速度可以表示为
当太阳帆距离太阳的距离变化范围较大时，通常用太阳光压因子描述。特征加速度为太阳帆加速能力的另一种描述，太阳帆的特征加速度κ定义为在一个天文单位处太阳帆受到的光压加速度大小。利用特征加速度描述，太阳光压加速度可以表示为
图2-6 太阳光压力示意图
当太阳帆在某行星附近运动时，太阳帆到太阳的距离变化较小时，可以利用太阳帆的特征加速度描述太阳帆的加速能力。例如，太阳帆在地球附近运动时可以认为其到太阳的距离不变，光压力可以表示为
太阳帆光压因子和特征加速度都直接与太阳帆的面质比有关。设太阳帆的面密度为σ（单位为g／m2），太阳帆的密度与帆的光压因子β之间的关系可以表示为
太阳帆与传统的电推进小推力发动机的最大不同有两点：①太阳光压力的作用方向范围受到限制，光压力与太阳光之间的夹角不能超过90°；②太阳光压力的大小与太阳帆的姿态有关，即太阳帆的法线方向与太阳光之间的夹角有关，夹角越大，光压力越小。