一种基于推力器控制的卫星质心在轨估算方法研究

为准确估计地球静止轨道(GEO)卫星在轨道机动过程中因燃料消耗产生的质心位置的变化,提出了一种基于推力器连续喷气的卫星质心在轨估算方法。采用推力器在固定时间内连续喷气工作方式以形成恒定的推力器作用力和力矩,根据陀螺测量值用最小二乘法估算推力器产生的星体角加速度值,采用产生正负向相反控制力矩的两个推力器同时工作,以减小对卫星姿态的扰动和三轴间的动力学耦合。给出了卫星质心计算公式,讨论了质心估算中的推力器推力位置测量误差、推力器推力矢量方向角度测量误差、成对工作推力器推力大小偏差、陀螺组合测量噪声、整星转动惯量计算偏差,以及卫星姿态动力学耦合特性等主要误差源对估算结果的影响。基于某GEO卫星的推力器数据,计算获得了在轨质心的总测量偏差。仿真结果表明:理论计算值与仿真结果的误差在允许范围内,方法有效,可广泛用于航天器的质心位置测量,方法有较大的工程应用价值。     

激振器在卫星轨控发动机推力矢量转台中的应用

490N发动机是目前国内应用最广的卫星轨控发动机,其推力矢量的偏斜角、偏移量等参数对卫星轨道控制影响很大。转台是其推力矢量测量的常用方式。在转台中,主轴作为动架,动架与静架之间通过轴承连接定位,动架可沿轴向滑动。为了减小摩擦力对轴向推力标定的影响,尝试在转台上设置了激振器。通过使用激振器前后各3次试验的数据分析,发现使用激振器后主推力和比冲的标准差有所下降,表明通过激振器振动推力矢量转台是提高主推力和比冲测量精度一个值得研究的方向。但是,目前所掌握的试验数据还不够充分,需要进一步的试验来证明,而且激振器不同输出能力及频率振动对测量结果的影响也有待于深入研究。     

GEO卫星在轨横向质心快速估算方法

针对地球静止轨道(GEO)卫星转移轨道段推进剂消耗量大,卫星横向质心偏移,导致变轨过程中发动机产生较大干扰力矩等情况,提出在轨使用推力器进行卫星横向质心估算的方法。为保证卫星姿态稳定控制,采用推力方向相同、力矩方向相反的成组推力器同时喷气激励,再用陀螺进行角速度测量,避免因力矩过大、控制系统暂停闭环控制时卫星产生较大的角速度。利用实例对横向质心估算方法进行仿真验证,结果表明:估算方法仅需10s的连续喷气激励,避免了卫星姿态的波动,估算误差可控,可用于GEO卫星转移轨道段的质心估算。     

一种卫星微角振动高精度测量方法

卫星微振动引发的结构微角振动限制了高精度卫星指向精度和姿态控制稳定性,因此有必要对其进行在轨测量。为准确测量卫星结构微角振动,文章在对比不同的测量方法后,提出了一种基于磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)微角振动传感器的卫星结构微角振动高精度测量方法,并针对由动量轮引起的有效载荷微角振动的特性,进行了仿真和试验验证。试验结果表明,其测量精度满足现阶段卫星控制的要求。此方法能为卫星扰动源的定位及卫星的主动减振反馈提供依据。     

一种卫星在轨自由边界条件模拟方法

随着观测精度的提高,卫星观测设备对微振动愈加敏感,需要在地面开展卫星在轨微振动环境模拟试验及测试验证,而卫星在轨自由边界条件的模拟对于提高地面试验的有效性至关重要。文章提出了一种低频弹性支撑方法,用于模拟卫星在轨飞行时的自由边界条件;并基于该方法,设计和研制了一套模拟试验装置,通过模态和频率响应分析以及型号的整星微振动模拟试验,评估了模拟自由边界条件对卫星动力学特性的影响,也证明了低频弹性支撑模拟方法的有效性。     

卫星电子设备振动试验用超高基频夹具设计

卫星电子设备振动试验用夹具作为固定试件和传递激励信号的重要部件,应具备高刚度和高基频的特性。文章提出卫星电子设备振动试验夹具的设计指标,包括对基频和横向振动响应的要求。通过结构优化,设计了一种轻质平板型夹具。振动试验验证结果表明,该夹具基频在2000 Hz以上,横向振动响应小于10%,达到了卫星电子设备振动试验夹具的设计要求。     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。     

基于分频段加权的加速振动试验方法

振动环境工程研究现行采用的加速试验方法中,都只考虑了加速因子与频率无关这种情形,这不仅提高了试验设备的推力要求,也增加了位移指标要求。文章提出了一种分频段加权的加速振动试验方法,即通过对低频段加速因子的权重的优化设计,实现较小的位移指标要求,且疲劳损伤累积等效。给出了基于Dirlik方法和TB方法疲劳损伤等效的加速试验设计方法和工程实现流程。针对该方法开展了应用实例的计算,结果表明:在疲劳损伤等效的前提下,显著降低了振动台的位移,且推力基本维持不变。     

卫星虚拟振动试验系统研究

卫星虚拟振动试验可以预示试验结果,为试验设计提供参考。文章首先对振动试验系统进行分析,根据试验设备的不同和信号数据的传输规律,将系统分为5个分系统;研究各系统的特性,确定其在虚拟试验系统中的仿真方法;然后重点阐释台体系统和振动控制系统的计算机仿真方法;最后将虚拟振动试验结果与实际振动试验结果进行对比分析,结果显示两者基本一致。     

电推进系统空间试验技术研究

电推进系统的相容性、空间推力/比冲等是空间应用关注的重要性能指标。根据电推进系统未来空间试验技术发展趋势,调研了国内外离子、霍尔电推进系统的推力、电磁兼容性、对卫星的污染等空间试验情况,结合我国电推进系统首次开展空间试验现状、电推进系统的布局,以及星上配备的卫星污染与电位监测器,对空间环境条件下卫星的污染、电推进自身及卫星设备的电磁兼容性、空间推力标定方法、推进剂剩余量分析方法等进行了研究。通过电推进系统在轨连续试验、电推进羽流影响等分析,得到电推进对卫星周围污染情况、电推进与卫星平台的电磁兼容性等在轨性能参数,可为全面评价电推进系统技术、科学制定电推进空间试验计划及电推进空间应用提供依据。     

小卫星声-振联合试验耦合响应分析及预估

卫星在主动段承受发动机脉动推力和气动噪声激励复合作用下的振动环境。以整星模型为试验对象,分别开展了卫星的振动台随机振动试验、噪声试验和声-振联合试验。对3组试验结果的对比分析发现,声-振联合试验中,基础激励和噪声激励对不同结构处响应在低频段和中高频段具有不同的影响规律。在此基础上,提出了一种工程应用方法,即用振动台试验和噪声试验的响应极值包络法以及线性叠加法以预示声-振联合试验的响应。     

Hydrogen storage materials for microthrusters: Basic performance analysis

The increasing market request for mini and microsatellites has led in the recent years to the development of small propulsion devices referred to as microthrusters. In the realm of microthruster different classifications have been made which help understanding the possible solutions depending on the satellite mass class and on the required thrust level. The present paper addresses thrusters for the class of microsatellites, that is that of satellites of 10–100 kg mass. A novel solution is proposed for microthruster which is based on hydrogen storage by chemical bond in hydrogen rich materials. Hydrogen microthrusters are studied resorting to basic rocket science. The results allow one to get a first evaluation of the possible advantages achievable once the proposed materials will be made safely available.     

卫星主动段动力学环境数据分析

某型号小卫星发射时,用搭载的测量系统对星上6个测点位置进行了3个方向的振动响应测量,获得了主动段2000 Hz范围内的完整数据。数据分析表明,小卫星主动段的振动模态特性和振动响应特性不同于地面模拟试验中的结果,主要体现在:主动段40 Hz处的Pogo效应明显;共振频率与地面试验完全不同;横向响应量级明显小于纵向响应量级;在小于2000 Hz频率范围内,星箭分离冲击对星上测点位置影响很小。与地面试验数据的对比分析结果表明,目前的地面振动试验方法仍有不足,存在过试验或欠试验。     

闭路制导在小型固体运载火箭中的应用

固体运载火箭发动机推力偏差和秒耗量偏差大,导致关机点时间偏差也大,因此偏差轨道和按标称值飞行的标准轨道之间偏差大,传统的摄动制导难以满足对卫星高入轨精度的要求。针对固体运载火箭的上述特点,本文提出具有工程意义的闭路制导方法。实现闭路制导的关键之一是需要速度的求解。本文根据运载火箭的实时飞行状态和卫星轨道元素之间的关系推导出简单实用的需要速度,并应用于发射近圆轨道卫星的小型固体运载火箭的闭路制导控制中。经过数学仿真验证,证明本文中的方法在各种干扰下均具有较高的精度。     

小卫星随机振动特性分析与试验验证方法探讨

通过试验数据分析了小卫星随机振动响应特性,探讨了组件质量与小卫星随机响应的变化关系,并提出了地面随机振动响应与板面密度关系的一个经验公式。针对某小卫星发射过程中测量得到的主动段振动数据,分析总结了小卫星的主动段振动特性,着重探讨了小卫星主动段振动特性与地面试验的振动特性差异,给出了修正地面试验验证的一些建议。     

卫星振动压环优化设计

针对压环压不紧和易变形的缺陷进行了有限元分析,提出了一种振动压环优化设计方法。通过对优化前后数据的比较分析,探讨了提高压环抗变形能力和增加预紧力的途径。实际应用表明,卫星的一阶频率较压环优化前有明显提高,且没有再出现压环变形的情况。     

卫星产品多轴随机振动试验条件制定方法初探

卫星产品多轴随机振动试验技术的难点之一是试验条件的制定。文章分析了多轴随机振动试验条件制定的理论基础,并就多轴随机振动试验条件的工程处理方法从模型使用、简化处理、互谱设计、时域信号等4个方面进行了探讨,最后从简化处理、遥测数据分析、仿真计算和现有试验数据分析对比4个角度对卫星产品多轴随机振动试验条件的制定思路提出了建议。     

基于正弦振动试验的航天器结构模态参数识别

文章基于正弦数据的特点,主要针对稳态正弦扫描时,扫描频率分布不均匀的情况研究了一种新的数据改进方法,即将所有频率的响应信息叠加在一起,对它重新采样得到新的时域数据。并利用该方法对某型号卫星进行模态参数识别,与模态试验相比,结果比较理想,从而实现了利用正弦振动试验的数据提取模态参数的目的。