微型推进系统技术方案研究

将微机电系统(MEMS)技术应用于微推进系统可以降低成本，减少风险，并可满足微型航天器对性能、体积和质量等的特殊要求。本文针对微电热推力器(FMMR)和微型双组元液体火箭发动机的技术方案进行研究，采用直接蒙特卡罗(DSMC)方法，对影响FMMR工作特性的因素进行了研究，并对其进行了性能评估；应用商用FLUANT软件，计算并分析了二维喷管流场的附面层情况；对无毒液体推进剂进行点火试验选择。研究结果表明，对于FMMR当采用H2O作为推进剂工质，比冲为68．247s，推力为0．225mN，效率为52．6％。通过采取其它措施可以进一步提高比冲、推力和效率。对于微型双组元液体火箭发动机，采用醇类作燃料时，起动平稳、响应时间短。通过系统集成和一体化设计，微推进系统在未来微型航天器上具有广阔的应用前景。     

基于微机电系统的微推进发展新趋势

纳皮型卫星和卫星编队飞行的发展,对星上推进系统提出了更高的要求,基于微机电系统(MEMS)技术的微型推进系统以此为契机迅速发展起来。基于MEMS技术的微推进除了具有成本低、体积小、质量轻等优点之外,还具有很高的集成度。它利用MEMS加工技术,能将推进系统的推进剂、贮箱、喷嘴、阀门、推进剂进给系统,以及某些微传感器和执行器,甚至控制电路都集成在一个或几个硅片上,再通过键合等微连接装配技术将这些MEMS器件组装在一起,形成功能完善、稳定性高的集成微推进系统。目前国内外对集成式微推进的相关研究大部分都处于设计和试验阶段。随着MEMS技术的不断发展和进步,集成式微推进技术将日趋成熟,并最终广泛应用于微小卫星领域。     

RF MEMS国内外现状及发展趋势

概述基于微电子机械系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的各类射频RF(Radio Frequency)无源器件及微小型单片集成系统的概念与内涵及其应用市场,重点介绍RF MEMS电容电感、开关、移相器、谐振器、滤波器、微型同轴结构、天线、片上集成微纳系统等的国内外研究现状、典型研究成果和产品、技术方案和微纳制造工艺及性能特点等,最后浅析RF MEMS领域的发展趋势。     

适用于微纳卫星的微型电推进技术研究进展

微型电推进技术具备体积小、质量轻、功耗低、比冲高等特点,是微纳卫星最合适的动力技术。结合微纳卫星对微型电推进系统的技术需求,综述了微型离子推力器、低功率霍尔推力器、场致发射电推力器、离子液体电喷雾推力器、真空电弧推力器、脉冲等离子体推力器等六种典型微型电推力器的工作机理、性能参数范围及研究和应用现状,分析了气体工质电离、液体工质电喷雾、固体工质烧蚀等三种电离机制的微型电推力器的技术特点。结果表明:气体电离模式技术较成熟、寿命长,缺点是系统相对复杂、低功率工作时效率大幅下降,故建议应用于微卫星动力系统;液体电喷雾模式结构简单,效率高,微纳卫星均可应用,但性能一致性和长寿命工作特性需要进一步考核验证;固体烧蚀模式结构最简单,微纳卫星均可应用,缺点是效率低。研究结果可为微纳卫星推进系统方案的优选提供参考。     

基于微系统技术的一种新型夹具

介绍了一种新型的基于微系统技术的微型夹爪。这种夹爪用硅或玻璃为原材料,其尺寸微小紧凑,装夹动作灵活并且结合了传感器性能,在微机械加工的装夹方面崭露头角。它提供了一种微型夹具设计和制造的新途径,在微系统元器件的生产和装配中将发挥重要的作用。     

FMMR微推进系统推力测量装置研究

为了对自由分子流微型电阻加热推力器(FMMR)微推进系统的性能进行试验研究,设计了一个基于天平原理的微推力测量装置,装置采用微推力器自重与推力相分离、触点式外接供电和推进系统集成方法,有效消除了供电电缆和推进剂供应管路的影响.结果表明,测量精度可达±8％,能够满足mN级微小推力测量的精度要求;同时,通过对结构进行一定改...     

国外几种新型微化学推力器

介绍了国外几种以微机电系统 (MEMS)技术为基础的液体和固体微化学推力器。这些新型微化学推力器具有MEMS技术微型化、低成本和批量生产的优点 ,并考虑了体积限制和高度集成等空间限制 ,能产生 10 -6～ 10N·s的推力脉冲 ,可用于微型卫星和纳米卫星的姿态调整、变轨和定向的精确控制。同时阐述了这几种微推力器结构特点和制造工艺 ,并与其他类型的推进器进行了比较     

微型固体姿控发动机微喷管内气粒两相流动规律的CFD-DSMC研究

微型固体姿控发动机在航天领域具有广泛的应用前景。以基于MEMS技术的微喷管为研究对象,首先通过计算微喷管中的克努森数,得到了微喷管中的气相流动状态;然后,采用CFD-DSMC方法,模拟了微喷管中的气粒两相流动,并研究了颗粒相质量分数和粒径对气相流动的影响。结果表明,在所研究的来流条件下,微喷管中的连续介质假设是成立的;气相与颗粒相间的动量和能量交换,导致气相马赫数降低、温度升高,同时也导致颗粒相速度增加、温度降低;颗粒相质量分数和粒径均能显著影响气相的马赫数和温度。     

采用共位配置的分布式压电敏感器和致动器的挠性结构振动控制

研究采用共位配置的分布式压电敏感器和致动器的挠性悬臂梁的振动控制问题，其中敏感器由压电聚乙二烯氟化物薄膜（PVDF）制成，致动器由压电陶瓷（PZT）或PVDF制成。本文首先建立系统的模型，设计了一种线性反馈控制方案，并应用无穷维空间的LaSalle不变原理，证明了相应闭环系统的渐近稳定性。     

新型针式高压隔离阀的设计和试验

空间推进任务有时需要气体推进剂在高压贮箱内密闭长达数年,隔离阀作为隔离贮箱内高压气体推进剂的装置,不仅要求在数年后可正常启动,而且在高压条件下必须严格控制推进剂的泄漏量。因此,提出了一种新型高压气体隔离阀,其采用中空启动针穿破隔离装置的启动方式以减小金属碎屑对气体微通道的影响。对该隔离阀进行了开启验证试验,并以开启隔离阀前后通过启动针的气体流量之比作为一个重要参数,分析了金属碎屑对气体微通道的影响。结果表明:开启隔离阀的功率约为5.6 W,满足微小卫星对低功率的严格要求;同时气体流量之比约为95%,可认为金属碎屑对气体微通道的影响比较小。     

微波MEMS滤波器的研究进展

文章介绍了应用于射频微波系统的MEMS滤波器,结合最近几年国内外的MEMS滤波器研究成果,从MEMS滤波器的设计方法和滤波器性能等方面阐述了各种MEMS滤波器的技术发展状态。     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

低成本INS/GPS组合导航系统算法研究及其实现

采用基于 MEMS技术的低成本 IMU和 GPS接收机 ,以 DSP为信息处理核心 ,实现了 GPS/SINS组合导航系统。文中详细描述组合算法和算法的软件实现 ,并对模样机在实验室的静态实验结果进行描述和分析。实验结果表明 ,系统组合滤波器的设计和参数选择正确 ,模样机取得了较好的导航解算精度     

浅谈不断发展中的航天工艺工作

针对航天工艺工作中存在的不重视工艺工作,缺乏工艺创新、工艺精细化研究的问题,提出工艺与设计并行研发,增强工艺创新,加大工艺改革投资等措施,以期推进航天工艺工作进一步发展。     

MEMS技术中的电镀工艺及其应用

电镀已经成为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术中的一种重要加工手段,相比于传统意义的表面处理作用,MEMS技术中的电镀主要用于制作微结构.介绍了几种常用的以电镀为核心方法的微结构加工工艺和它们的应用领域.微结构加工工艺包括LIGA/UV-LIGA、EFAB、PolyStrat...     

基于OEM板的GPS罗盘设计

GPS罗盘是一种基于载波相位测姿原理的航向测量装置。对低成本GPS测姿定向设备的研制进行了尝试,介绍了一种基于OEM板开发的低成本GPS罗盘的设计和实现。GPS罗盘由2个GPSOEM板得到载波相位观测值,对其进行双差计算后,利用天线交换法消除整周模糊度解算出基线向量的方向,当基线向量沿载体纵轴时即得到载体的航向。通过GPS接收机的静态收星实验以及对设计出的GPS罗盘实验样机进行静态性能测试,试验结果表明该设计方案可行、有效。     

基于MEMS的微槽冷却系统在微纳卫星热控中的应用

介绍了基于微机电一体化系统(MEMS)的微槽冷却系统的研究成果。分析了将微槽冷却系统用于微纳卫星热控设计时的特殊要求。讨论了表征微槽冷却系统性能的水力学系统和传热性能。理论分析和数值模拟结果表明,微槽冷却系统可使大热流密度的热源芯片温度维持在较低的范围内,能满足微纳卫星热控的要求。研究认为,压降和热阻均较小的深槽可在小泵功率时提供较优的传热性能。     

一种双层框架型腿式月球探测车方案

月球车的设计,就行进方式而言,多以轮式车为主。考虑到国外已有的车型及相关研究也多以轮式车为先,这里提出了一种双层框架型腿式车的设计方案,它兼具腿式车和轮式车的优点。文章建立了该型车的三维模型,并利用虚拟样机技术,构建起月球车的动力学仿真环境,并进行了控制算法和步态的设计,通过联合仿真,完成了此车的初步方案设计工作。     

MEMS陀螺随机漂移误差系数的动态提取

针对传统Allan方差提取微机电系统（MEMS）陀螺随机误差系数仅得到近似均值,与实际中其随时间在均值附近波动不相符的缺点,提出一种动态提取MEMS陀螺随机误差系数的方法。该方法将窗函数引入Allan方差计算,不仅能够正确提取MEMS陀螺随机误差系数,而且还能得到MEMS陀螺随机误差系数的时间变化曲线,这将有利于MEMS陀螺的性能分析和误差补偿。实验证明该方法提取的MEMS陀螺随机误差系数的时间变化曲线在以传统Allan方差得到的近似均值附近波动。由此可见,该方法具有一定的可信度。     

立方体纳卫星的发展及其启示

介绍了立方体纳卫星的发展概况;对“震动卫星”、Cute系列、“加拿大先进纳太空实验”卫星和Coral卫星平台等典型项目进行了分析,重点对立方体纳卫星的任务、姿态与轨道控制、电源系统、通信系统、星载综合电子和可靠性等方面进行了总结。结合立方体纳卫星快速发展的原因,提出了以下建议：结合在轨服务、深空探测和新技术空间飞行演示试验等应用需求,发展微电子技术、微机电系统技术的航天应用、微卫星平台技术和标准化辅载荷发射接口技术。