空间实验室大面积太阳电池阵技术研究

介绍了空间实验室大面积太阳电池阵的方案构型，并进行了模态分析、热结构耦合分析和动力学仿真分析。生产出了全尺寸的集成演示样机，进行了展开试验、主展开机构的模态试验，以及半刚性太阳电池板和二自由度驱动机构的振动试验。计算和试验结果表明，技术方案是可行的。     

太阳电池阵锁定冲击试验方法

为了研究太阳电池阵展开到位时产生的锁定冲击对卫星本体或驱动机构等装置的影响,需要对冲击力矩的大小进行测试。文章通过锁定冲击试验对锁定瞬间太阳电池阵根部产生的应变进行采集;然后对试验数据进行分析、处理,获取了太阳电池阵到位锁定时的冲击力矩,并将试验值与仿真分析的结果进行比对,证明了该试验方法的有效性;最后针对卫星在轨运行环境与地面试验环境的差异,提出了试验改进措施。     

大型太阳电池阵模态试验方法

在大型太阳电池阵的研制阶段,需要进行大量模态试验以掌握结构的固有动态特性,进而指导设计和修正有限元模型。文章以大型太阳电池阵为研究对象,分别采用气浮方式和悬挂方式模拟自由边界条件,使用预紧力释放、MB大推力激振器和APS大位移激振器3种激励方法对其进行试验,并对各种模态试验方法所获取的试验结果进行了分析比较。研究表明:采用悬挂方式比采用气浮方式所测得的太阳电池阵侧摆频率更为准确;获取太阳电池阵模态参数行之有效的方法是先采用预紧力释放法得到固有频率,然后采用APS激振器激励方法得到振型;激振器激振杆横向刚度选择不当会影响模态测试结果,需选用横向刚度较小的柔性激振杆。     

大面积刚性折叠式太阳电池阵及伸展技术

风云一号气象卫星的发射成功,标志着我国的大面积刚性折叠式太阳电池阵的研制技术进入了应用阶段。本文叙述了该电池阵的构成及所进行的研究工作,其中包括:在失重环境的模拟试验,对运动特性、振动特性、温度效应和高真空效应等对伸展技术可靠性的影响进行研究与分析,并提出解决方法。     

太阳电池阵EM板热真空试验电路故障测试技术

太阳电池阵EM板热真空试验是考核太阳电池板适应热真空环境能力的关键试验。试验中需要对电池阵的电路进行多循环长期检测。文章中采用对EM板输出负载电压进行实时高频（≥10Hz）采集,同时对每个循环、每天的测试数据进行对比的测试方法检测电池电路的短路和开路故障。某航天器太阳电池阵EM板热真空试验采用此测试方法及时发现了电池电路异常,并在对问题工艺进行改进后重新投产;新产品通过了第二次热真空试验的考核,且在轨工作正常,证明了该测试方法的有效性。     

太阳电池阵布局对微小卫星结构特性影响

通过对比某型号微小卫星两种体装式太阳电池阵布局及连接方式,从结构响应灵敏度的角度分析了结构的阻尼对整星顶板太阳敏感器测点加速度响应的影响程度。同时对两种方案整星的正弦振动试验结果对比分析,结果显示:减少侧板固定连接点且增加电池片数量的方案使其顶板部分测点响应超出了设备试验条件,且比初始设计方案测点的响应高出了27.1%,纵向和横向一阶频率均有不同程度的降低。因此,从结构特性的角度来看,初始设计方案更为合理。     

基于神经网络的太阳电池阵热真空试验外热流模拟系统辨识

文章针对太阳电池阵热真空试验非线性的特点,引入一种基于神经网络的系统辨识方法。该方法采用BP网络作为模型辨识器,而辨识器又采用L-M（Levenberg-Marquart）算法进行训练。仿真结果表明,该方法具有较高的训练速度与精度,可以对太阳电池阵热真空试验测点温度响应做出较为精确的预测。     

刚性太阳电池阵基板研制与质量控制

文章介绍了中国某卫星太阳电池阵基板的研制成果。主要内容包括工艺方案选择、工装模具设计加工、选材和材料特性试验、胶装成型工艺研究和各种环模试验等，结果表明所研究的成型工艺成果经环模试验和各种飞行试验，制品各项指标满足设计要求。     

基于振动试验的基板刚度测试

为获取太阳电池阵基板性能,通常在基板生产过程中同步制作随炉件,采用三点弯曲法测试随炉件刚度,进而间接判断基板的性能。但是由于外界因素的影响,该测试结果难以反映基板的真实刚度。文章提出采用单板振动试验测试基板弯曲刚度,并针对某型号太阳电池阵基板完成了测试。测试结果表明:基板实际刚度与数值分析结果仅相差2.2%;与三点弯曲法测试结果相比,振动试验测试结果可以更准确反映基板真实性能。     

双轴太阳电池阵驱动机构动强度分析方法

针对长寿命、小型双轴太阳电池阵驱动机构动强度分析中轴承连接建模难的问题,首先,提出并实施了基于历史产品试验数据和理论公式在设计阶段确定装配状态下轴承刚度的方法;然后,建立了整机动强度分析模型,计算得到的模态频率和试验结果相一致,提高了仿真精度;随后开展发射与展开过程动态载荷作用下的强度分析,给出了整机结构在随机振动和冲击载荷下的动应力分析结果。以上研究可为在设计阶段进行整机动强度安全性评估提供参考。     

地球同步卫星远地点变轨期间的三轴姿态稳定

本文提供了地球同步三轴稳定卫星在远地点变轨机动过程中的卫星动力学模型,其中考虑了刚体、液体晃动和帆板振动的耦合,这些模型经过实际工程验证,证明是正确的。本文还给出了控制器结构,它由PID和各种晃动滤波器及帆板挠性滤波器组成。工程设计证明,这种控制器结构可满足设计要求且简单可靠。本文还给出了系统稳定性分析结果及数字仿真结果。     

充气太阳能帆板展开动力学数值模拟预报

充气太阳能帆板是一种通过气体驱动支撑管展开的新型太阳能帆板。首先简要介绍其研究进展，然后针对充气展开支撑管，提出了分段式充气体积控制模型，基于LS—DYNA模拟了空间环境下Z型折叠充气太阳能帆板在支撑管无约束与有轴向约束控制时的展开过程，分析了支撑管每折叠段的气压变化，上横板的动力学特性以及基板的平面外振动，预报了展开过程中支撑管与基板的接触碰撞，并通过悬吊式展开试验验证了计算结果。结果表明，本文计算能够预报充气太阳能帆板在空间展开的动力学特性。     

空间对接机构太阳外热流的计算与分析

根据空间对接机构的结构特点,在简化物理模型的基础上,用太阳窗口和蒙特卡洛(MC)法计算不同空间位置、不同轨道高度、不同表面辐射特性的机构内部构件太阳辐射外热流,并给出了相应的计算流程。分析了飞行角β和表面辐射特性等因素对太阳热流的影响。研究结果对对接机构以及其他复杂系统的热控涂层选择有一定的参考价值。     

一种精确计算航天器本体对太阳电池阵遮挡的方法

针对航天器太阳电池阵电设计和热设计中需要准确考虑阴影影响的问题,提出了一种可以精确计算太阳电池阵阴影的方法。首先使用三角网格来建立3D模型,其次考虑了航天器本体构件间的相对运动,然后用一个“包围盒”去截取模型上的三角网格点,再把这些点投射到太阳电池阵上,最后把太阳电池阵分成小方格,分别使用逐点比较法和最小矩形法来生成阴影图形。给出了月球车遮挡计算的实例,仿真分析表明生成阴影图形时,最小矩形法具有更高的速度。使用本文所述的方法,可计算结构复杂、构件间有相对运动的航天器本体对太阳电池阵造成的遮挡,能生成精确的阴影图形,为后续计算受遮挡的太阳电池阵的输出特性奠定了基础。     

Human and robotic repair of a solar array wing during ISS assembly mission 10A

With the installation of a new module and the relocation of three other modules, including multiple hand-offs from the station arm (SSRMS) to the shuttle arm (SRMS), International Space Station (ISS) assembly mission 10A/STS-120 was anticipated to be one of the most complicated ISS assembly missions ever attempted. The assembly operations became even more complex when a solar array wing (SAW) on the relocated Port-6 (P6) truss segment ripped while being extended. Repairing the torn SAW became the single most important objective for the remainder of STS-120, with future ISS assembly missions threatened by reduced power generation capacity if the SAW could not be repaired. Precise coordination between the space shuttle and ISS robotics teams led to an operational concept that combined the capabilities of the SRMS and SSRMS robotic systems in ways far beyond their original design capacities. Benefits of consistent standards for ISS robotic interfaces have been previously identified, but the advantages of having two such versatile and compatible robotic systems have never been quite so spectacular. This paper describes the role of robotics in the emergency SAW repair and highlights how versatility within space robotics systems can allow operations far beyond the intended design scenarios.     

航天器太阳能电池阵驱动系统激扰因素辨识与扰动机理分析

建立了典型太阳能电池阵驱动系统(SADS)精细动力学模型，开展了扰动特性地面试验测试，讨论了产生扰动的必要条件，分析了直接激扰因素及其对应扰动的时频特点。结果表明：所建动力学模型分析结果与试验测试扰动数据吻合良好(误差<10%)；刚体转动角加速度和模态振动加速度不同时为零是引起驱动系统扰动的前提条件；细分驱动、电机磁场非线性、时变齿轮啮合参数等是驱动系统的主要内部激扰因素；扰动力矩一般均具有周期变化特点，扰动成分集中在激扰频率及其高倍频附近，扰动幅度随细分驱动步距、齿槽激扰幅度、电磁激扰幅度和啮合参数变化幅度的增大而提高。     

太阳帆板绳索联动同步机构的机理和功能分析

绳索联动机构（ＣＣＬ）是航天器上最常用的附件同步展开控制机构。本文将其等效为一个被动控制器，推导了机构的数学模型，分析了其参数对太阳电池阵同步展开的影响，并对一大型单翼太阳电池阵的展开过程进行了仿真，其结果和实验基本相符。同时得出了一些对工程设计有参考意义的结论。     

三轴磁强计与太阳电池阵组合的皮卫星姿态确定方法

提出一种组合应用三轴磁强计信号与太阳电池阵列信号,在双矢量定姿的基础上,结合样点卡尔曼滤波(UKF)估计算法,连续输出六维姿态信息的姿态估计方法。数值仿真结果表明:两种测量信息有效组合时,精度水平可以满足皮卫星任务要求。     

太阳电池在平流层中的工作性能分析

近年来,临近空间受到广泛关注,多种平流层飞行器被提出,它们大多以太阳电池为 主要的能源获取装置。研究平流层的太阳电池的性能,对平流层的开发和利用具有重要意义 。首先建立了平流层中太阳电池的热环境模型,并结合硅太阳电池的电学模型,得到了 平流层中硅太阳电池的热电耦合分析模型,进而用数值模拟方法对太阳能电池的热学、电学 性能进行了分析和讨论。研究结果表明,平流层热环境的变化对太阳能电池的温度、输出功 率以及电效率都有影响。讨论了风速对太阳电池性能的影响,结果表明随着风速的增 加,太阳电池温度降低、内部温差先增加后减小、发电效率和输出功率都增加。