2007年航天员舱外活动回顾

2007年是国际空间站加紧建设的重要之年,共有3架航天飞机、3艘货运飞船和2艘联盟飞船对接空间站,全年累计进行舱外活动高达22次,“和谐”号连接舱、新结构组件和太阳能电池板纷纷就位,空间站总体积显著增大。本文主要回顾了今年舱外活动的任务执行情况和出现的问题及故障,以供参考。     

美国

2007年美国计划发射5次航天飞机美国2007年计划进行五次航天飞机的发射,全部用于完成国际空间站的建设。首次任务 STS-117的执行将不早干3月16日。6名航天员将搭乘"亚特兰蒂斯"号航天飞机飞往空间站,运送第二和第三右舷桁架舱段,并在空间站上部署另一对太阳帆板。任务 STS-118计划在6月28日之后执行,该任务最值得关注的是,NASA 教师巴巴拉·摩根将进行首次太空飞行。随后的三次航天飞机任务将分别在9月、10月、12月执行。     

用于火星任务的通用航天服方案

本文对一种适用于载人火星任务的通用航天服作了概念性的研究，并就航天服的应用分以下几种情况给予讨论：·星际飞行阶段及火星轨道运行阶段舱外活动的能力；·火星表面的舱外活动；·在下降／上升和交会过程中的穿着模式。本文对于舱外活动期间各种情况和条件以及对于航天服设计需求进行了讨论。高度的可靠性、有效性、安全性、维护性和适用性是选择航天服设计方案的主要考虑。     

能源号今后的使用问题

本文介绍了目前世界上最大的运载火箭苏联能源号的新货舱、上面级及其进入轨道的新途径和2005年以前执行不载人深空飞行任务的情况。     

奋进号执行空间站组装任务

美国奋进号航天飞机2月8日升空．执行代号为STS-130的飞行任务。机上乘有五男一女共6名宁航员．美国3架航天飞机定于今年晚些时候退役。包括此次飞行在内．它们只剩下5次飞行任务要完成。奋进号此次飞行主要任务是运送称为“宁静”的一个连接用舱段以及装在该舱上、设有多个观察窗口的一个圆顶舱．称为“穹顶”．这两个舱段均南欧洲泰雷兹,阿莱尼亚空间公司设在都灵的工厂根据同欧空局的合同为NASA建造。     

好事多磨的国际空间站

2010年2月8日,美国“奋进”号航天飞机上天,为国际空间站送去了第三个、也是最后的节点舱——“宁静”号节点3号舱,以及欧洲“嘹望塔”号观测舱。这标志着国际空间站非俄罗斯舱段的建造已完成,国际空间站的建造工程已完成了90％。此后,航天飞机还将执行4次国际空间站任务。届时,耗时25年、花费数百亿美元的国际空间站将基本建成,航天飞机也将光荣退役。     

一种用于采样返回的两舱段联合供电技术研究

针对采样返回深空探测任务供电需求复杂、质量约束严酷的特点,文章提出了一种两舱段复用蓄电池组和放电调节器模块的联合供电技术,建立了两舱段联合供电工程仿真模型。对典型联合供电工况进行了仿真分析,并搭建了试验平台开展试验验证,试验数据与仿真结果具有较好的一致性,验证了设计方案的可行性,可为后续多舱段组合航天器联合供电系统方案设计提供参考。     

“奋进”号航天飞机进行天文物理学实验

1993年航天飞机的首次飞行任务进行了天文物理实验,增强了轨道器的能力,向人类最终进行空间站操作迈进了一步。“奋进”号在一周的飞行任务期间,5名宇航员成功地部署了跟踪和数据中继卫星(TDRS-6),进行了舱外活动,关闭并又重新启动轨道器的一个燃料发电电池,一间新卫生间也可使用,星际航行畅通无阻。航天飞机主要的科学实验任务却受到了威胁,因为在飞行的第二天,安装在航天飞机有效载荷舱对面壁上的漫射X-射线光谱仪(DXS)的两个检测器有一个自动关机了。     

金星着陆器载荷舱热控系统设计研究

针对金星高温环境,提出了一长寿命金星着陆器的载荷舱热控系统设计方案。研究了载荷舱热控系统的热载荷、载荷舱、制冷方案和热平衡。优化设计后的载荷舱结构承压性能不变,且质量减小,特别是在主动制冷失效时,在被动热控下可保证电子设备工作寿命大于2h,采用斯特林循环技术是着陆器实现长寿命的关键。基于初步的着陆器载荷舱构架,对热控系统进行了热平衡分析。研究结果表明:该热控系统设计方案能满足载荷舱在金星表面长期探测任务的需求。     

空天瞭望

航天飞机为空间站安装机械臂美国奋进号航天飞机4月19日升空执行了编号STS100的飞行任务。此次11天的飞行任务是为国际空间站安装加拿大制造的移动维护系统(MSS)的三次飞行中的第一次。MSS 将在该站的组装和维护中超重要作用,可在各处搬运设备和补给品,释放和捕捉卫星,对舱外宇航员提供支持,并对与站体相连的仪器和其它有效载荷提供     

某卫星大型天线真空低温展开试验

文章采用试验件主动控温的方法,完成了某卫星大型天线常压低温展开试验,对天线进行了展开控制和结构应变及展开阻力矩的测试,试验结果验证了天线在空间复杂温度环境中成功解锁、展开和锁定的能力,为大型空间展开机构的地面试验积累了经验。     

过载对固体火箭发动机性能影响试验研究(英文)

建立了立式旋转试车台,研究了高过载对固体火箭发动机性能的影响。通过地面静止及不同过载(15gn,15gn;35gn,15gn)条件下点火对比试验,获得固体火箭发动机在不同过载条件下内弹道性能以及绝热层和喉衬的烧蚀规律。试验表明,随着过载增加,发动机压强增大、工作时间缩短;横向与轴向的组合过载恶化了烧蚀环境,使喉衬出现偏心烧蚀。     

Aerospike nozzle contour design and its performance validation

A simplified design and optimization method of aerospike nozzle contour and the results of tests and numerical simulation of aerospike nozzles are presented. The primary nozzle contour is approximated by two circular arcs and a parabola; the plug contour is approximated by a parabola and a third-order polynomial. The maximum total impulse from sea level to design altitude is adopted as objective to optimize the aerospike nozzle contour. Experimental studies were performed on a 6-cell tile-shaped aerospike nozzle, a 1-cell linear aerospike nozzle and a 3-cell aerospike nozzle with round-to-rectangle (RTR) primary nozzles designed by method proposed in present paper. Three aerospike nozzles achieved good altitude compensation capacities in the tests and still had better performance at off-design altitudes compared with that of the bell-shaped nozzle. In cold-flow tests, 6-cell tile-shaped aerospike nozzle and 1-cell linear aerospike nozzle obtained high thrust efficiency at design altitude. Employing gas H₂/gas O₂ (GH₂/GO₂) as propellants, hot-firing tests were carried out on a 3-cell aerospike nozzle engine with RTR primary nozzles. The performance was obtained under two nozzle pressure ratios (NPR) lower than design altitude. Efficiency reached 92.0–93.5% and 95.0–96.0%, respectively. Pressure distribution along plug ramp was measured and the effects of variation in the amount of base bleed on performance were also examined in the tests.     

固体火箭发动机装药不确定性优化设计

介绍了不确定性优化设计思想和方法,考虑装药优化设计过程中推进剂性能参数不确定性,开展了固体火箭发动机装药不确定性优化设计研究。采用Powell方法和并行遗传算法组成的混合优化方法,提高了优化问题求解的效率和质量;采用Taylor级数一阶展开近似计算性能参数的均值和均方差,通过可靠性指数计算满足约束条件成功的概率。与确定性优化设计结果相比,不确定性优化设计结果更可靠、更稳健,为固体火箭发动机总体方案设计提供了更好的方法和手段。     

Determination of characteristic frequencies of elastic oscillations of the <Emphasis Type="Italic">International Space Station</Emphasis> construction

The results of investigating free oscillations of the International Space Station construction appearing during spacecraft docking and undocking are described. The study is carried out using the measurement data of the low-frequency MAMS accelerometer. Several intervals of measurements performed in 2005 and 2006 were chosen to be studied. For chosen intervals, only the data intervals corresponding to the process of free attenuation of the oscillations construction elements were analyzed. Characteristic frequencies of elastic oscillations of the station construction and attenuation coefficients corresponding to them are found. The comparative analysis of the results obtained for various docking ports (nodes) is carried out. The described study is performed as a part of the technical experiment “The ISS Environment” carried out onboard the station in accordance with the Russian program of scientific and engineering experiments.     

含硼贫氧推进剂固体燃料冲压发动机性能计算

固体燃料冲压发动机所用推进剂为贫氧推进剂，故其热力计算与普通固体火箭发动机不同，但也有相似的地方。简述了固体燃料冲压发动机基于布林克莱法的热力计算原理，并以含硼贫氧推进剂为便，对固体燃料冲压发动机进行了不同情况的热力、流动和性能计算。得出了发动机比冲与推进剂中硼粒子含量、飞行高度及飞行马赫数之间的定性关系。     

固液火箭发动机在远程空空导弹中的应用

为提高远程空空导弹性能,基于不死鸟导弹及其原有固体发动机的基本性能,开展了固液火箭发动机作为动力系统的远程空空导弹方案设计,通过固液火箭发动机的多次启动提高导弹飞行性能。采用多岛遗传算法,设计优化得到了替代不死鸟原固体火箭发动机的固液火箭发动机方案,对发动机总体进行参数化仿真,得到导弹模型,并对导弹进行了气动估算和飞行仿真与分析。结果表明:固液火箭发动机可以显著提升远程空空导弹的射程和速度特性,具有良好的发展前景。     

W波段FMCW SAR系统实现与试验

与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注。W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像。提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制。该系统分辨率可达5 cm。系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成。设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像。经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm。试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性。     

一次进水角度对水冲压发动机比冲性能影响研究

为了研究一次进水角度对二次进水水冲压发动机比冲性能的影响规律,建立了发动机补燃室两相流反应模型,对镁基水冲压发动机补燃室流场进行了数值模拟,获得了发动机喷管出口温度、出口压力、出口气流速度及发动机比冲随一次进水角度的增大先升高后降低的变化趋势,在此基础上进行了水冲压发动机地面直连式试验研究.结果表明,一次进水角度在40°左右时,二次进水水冲压发动机比冲性能较优.     

粉末燃料冲压发动机自维持稳定燃烧试验研究

为了实现粉末燃料冲压发动机的持续稳定工作,采用设计的发动机进行了直连式试验研究.通过试验,验证了粉末燃料供应方式的可行性,获得了燃烧室压强及发动机推力曲线,计算了发动机的燃烧效率.结果表明,利用突扩回流稳定火焰的方法不适用随流性差的金属粉末燃料,钝体火焰稳定器可实现粉末燃料的自维持稳定燃烧,但稳定器周围沉积较多,降低了发动机效率.