空间载荷地面检测设备的安全性设计研究

空间载荷的研制过程离不开地面检测设备的支持。本文结合空间载荷研制的工程实际需要,对其研制过程中必不可少的地面检测提出了一种安全保障性设计,旨在保障空间载荷在地面检测过程中的安全性。在硬件上采用一种IC读卡器实现对相关研制人员的地面检测操作权限的审核,之后对通过权限操控载荷的人员的所有操作以日志文件的形式记录下来,并会对每一个操作的合法性进行判断,屏蔽任何的异常误操作同时发出报警信息,能够有效地保护空间载荷的安全。这种地面检测的安全保障性设计能够防范研制人员的人为失误给载荷造成的损害,使所有地面检测操作处于可控状态。     

嫦娥四号着陆器载荷电控箱地面测试系统设计

航天器电子设备的地面综合测试是航天器研制过程中的重要环节,对设备功能验证及性能评估具有重要作用.传统的地面综合测试系统可重用性差,导致研制周期长且人力、设备投入较大.嫦娥四号着陆器载荷电控箱的地面测试系统采用模块化、可重用和CPU+FPGA单机集成体系结构,是集供配电测试、1553B通信总线仿真测试、间接指令测试、异步串口通信测试、实时数据处理等功能于一体的综合测试系统,适用于航天器电子设备单板调试、单机测试、软件配置项测试以及环境模拟试验等不同类型的测试.通过嫦娥四号着陆器载荷电控箱各项接口、功能、性能指标等的测试,证明该系统满足支持设备单机调试、软件配置项测试、状态确认和问题排查等测试需求,有力支撑了嫦娥四号着陆器载荷电控箱的单机设备研发,为嫦娥四号着陆器任务实施提供了有效保障.      

实践十号卫星有效载荷胶体材料箱地基实验

胶体材料箱是装载于实践十号上的重要载荷,用于空间胶体自组装的实验研究.地基实验阐明了常重力下的蒸发驱动胶体自组装机制.围绕胶体材料箱开展地基实验研究,制备了一种亲/疏水限位基片,分析了蒸发过程中受限液滴接触角的变化规律.通过同步显微观察法研究受限胶体液滴内部粒子的沉积行为,发现粒子沉积图案的形成过程由三种动力学行为控制.另外,通过落塔装置模拟短时微重力环境,分析重力瞬变引起限位基片上液滴的振荡过程,揭示了振荡过程中两个不同阶段的振荡特性.地基实验结果为在轨实验工况确定以及空间与地面实验对比提供了数据支撑,这对箱体工程参数设定以及空间实验条件匹配等具有重要意义.      

CsI(Eu)晶体空间生长地面实验

人工晶体在高技术领域具有十分重要的应用.在多组分晶体生长过程中,由于分凝的存在,会导致成分沿晶体生长方向产生变化,从而影响到晶体性能的均匀性,对应用产生不利影响.为研究微重力对多组分晶体分凝的影响,利用天宫二号卫星进行空间晶体生长实验.结合晶体生长特性和天宫二号综合材料实验装置的技术条件,确定以铕掺杂CsI晶体为研究对象.在地面研制阶段,CsI（Eu）晶体样品顺利通过力学环模试验,并在地面实验中生长出质量较高的CsI晶体,样品中存在明显的组分分凝.      

推进剂在轨加注流体传输过程的数值模拟和地面试验研究

针对排气式在轨加注方法,对航天器在轨加注过程的流体传输行为进行数值模拟和地面试验研究．采用VOF两相流动模型数值模拟板式表面张力贮箱加注过程的流动特性,得到加注过程的流动规律．地面演示试验使用地面模拟加注系统,对排气式加注的全过程进行地面演示验证．数值模拟和地面演示试验结果表明．排气式在轨加注方法是可行的．     

空间材料科学实验中的X光三维成像仿真

用于空间材料科学研究的X射线观察设备已列入空间站材料科学实验规划,仿真实现X光三维成像的流程可为X射线观察设备的研制提供设计依据.仿真流程主要包括三个步骤:使用锥束X光照射被扫描对象并旋转对象,获取多角度下的投影影像;根据投影影像和几何信息重建扫描对象,获取对象空间点数据;将扫描对象三维显示出来.使用线衰减系数不同且相互重叠的多个椭球组成的三维Shepp-Logan模型对算法进行了仿真测试,仿真结果能很好地将模型重建并显示出来.      

脉冲激光模拟空间载荷单粒子效应研究进展

脉冲激光作为模拟测试空间探测载荷半导体器件的单粒子效应现象的一种较新型手段,具有可以定位器件对单粒子效应敏感的具体单元以及动态测试电路系统对单粒子效应的时间响应特性的特点,能够满足工程部门、器件研发部门的不同需求。通过实验与理论研究,建立单粒子锁定与翻转效应的激光阈值能量与重离子LET值的对应关系,解决了脉冲激光模拟测试的激光结果如何定量的关键问题,据此可以定量摸底评估器件的单粒子效应敏感度,使脉冲激光测试载荷的结果更具评价以及指导意义,这对建立统一的脉冲激光单粒子效应评估试验标准以及对脉冲激光试验的推广具有重要意义。空间探测载荷发生单粒子效应后器件功能特性及电路系统的影响、防范单粒子效应电路条件影响的手段下电路系统的抗单粒子效应设计措施是的有效性,以及为空间探测专门研制的抗辐射ASIC电路评价,都需要更加精细的单粒子效应测试方法。通过建立便捷、低成本的脉冲激光定量试验的手段,解决了空间探测载荷上述单粒子效应试验的问题。     

基于Matlab的三轴感应式磁力仪数据预处理软件系统设计

感应式磁力仪是用于0.01~20kHz空间交流磁场探测的载荷，其传感器由三轴正交的探头组成.由于卫星平台及载荷的独特性和多样性，目前没有通用的地面测试软件.为在发射前对载荷进行全面测试，设计了基于Matlab的数据预处理软件系统，集成波形、幅度和相位多种显示界面，并针对感应式磁力仪信号频带宽、三轴正交等特点研发了多分辨率快速傅里叶变换、滑动平均滤波、相位差计算等数据处理功能.经多阶段实验验证，软件满足对载荷全方位检测及验证要求.      

中国首次火星探测任务有效载荷地面综合测试系统设计

介绍了中国首次火星探测任务有效载荷分系统的试验矩阵,以及地面综合测试系统的技术要求。面向2个探测器、5种场景的测试任务需求,设计由接口适配、业务处理、数据管理组成的3层统一架构,实现了不同场景下测试系统的功能和外部接口适配;根据星上科学数据处理与传输机制,设计地面科学数据处理流程,满足了13类载荷科学数据判读需求;针对单星1 900维工程遥测、400条数据注入指令的高维特性,设计基于规则的数据判读软件,实现了载荷遥测数据及数据注入指令的自动化判读。任务执行结果表明该系统满足不同试验模式下有效载荷测试任务的需求,有效保障了载荷测试任务的顺利实施。     

测试设备统计过程控制方法及其实现

针对测试设备计量保证的具体情况,采用计量确认与统计过程控制组合方法,实现测试设备校准间隔的确定和不确定度的评价。设计了校准间隔确定和统计过程控制计算软件,使得整个控制过程在局域网上操作方便简单。     

空间站微重力流体实验设备需求分析

对国际空间站和中国科学实验卫星及载人飞行器上开展的微重力流体实验情况进行论述和分析,重点分析了国际空间站（ISS）微重力流体科学实验设备情况.根据中国空间微重力流体物理科学发展需求,结合国际空间站微重力流体科学实验对设备的需求,提出了未来在中国空间站开展微重力流体实验时空间实验设备需要重点考虑和解决的问题,同时提出相关设计建议.      

Achievements of Space Scientific Experiments Aboard SJ-8 Satellite

As scientific experiment payloads, microgravity experiments of fluid physics, life science,combustion science, physics and accelerator measurement were conducted on board the Chinese recoverable satellite SJ-8 during 18-day orbital flight. The experimental payloads and an experiment support system constituted the microgravity experiment system of the flight mission. This article has presented the briefs of the scientific achievements of these space experiments, the composition and performance of the Microgravity Experimental System (MES) and the general picture of the overall flight mission, respectively.      

空间微重力磁悬浮平台激励器研究

为满足空间实验室的科学实验载荷对微重力环境水平的要求,需要保证空间微重力实验载荷平台的振动隔离性能,即需要平台激励器能在控制系统的作用下适时地产生抑制平台扰动的激励力.本文提出了平台激励器的初步指标,从磁悬浮基本原理出发设计出多种结构形式,在此结构基础上完成有限元磁路仿真和激励器的线圈设计,并对各种结构形式进行比较,根据比较结果总结出各结构形式的优缺点,为激励器的具体设计提供了依据.      

Space Research Plan of China's Space Station

China's manned spaceflight missions have been introduced briefly,and the research planning of space sciences for China's Space Station(CSS) has been presented with the topics in the research areas,including:life science and biotechnology,microgravity fluid physics and combustion science,space material science,fundamental physics,space astronomy and astrophysics,earth sciences and application,space physics and space environment,experiments of new space technology.The research facilities,experiment racks,and supporting system planned in CSS have been described,including:multifunctional optical facility,research facility of quantum and optic transmission,and a dozen of research racks for space sciences in pressurized module,etc.In the next decade,significant breakthroughs in space science and utilization will hopefully be achieved,and great contributions will be made to satisfy the need of the social development and people's daily life.     

Development of an improved ground-based prototype of space plant-growing facility

Based on a formerly developed ground-based prototype of space plant-growing facility, the development of its improved prototype has been finished, so as to make its operating principle better adapt to the space microgravity environment. According to the developing experience of its first generation prototype and detailed demonstration and design of technique plan, its blueprint design and machining of related components, whole facility installment, debugging and trial operations were all done gradually. Its growing chamber contains a volume of about 0.5 m³ and a growing area of approximate 0.5 m²; the atmospheric environmental parameters in the growing chamber and water content in the growing media were controlled totally and effectively; lighting source is a combination of both red and blue light emitting diodes (LED). The following demonstrating results showed that the entire system design of the prototype is reasonable and its operating principle can nearly meet the requirements of space microgravity environment. Therefore, our plant-growing technique in space was advanced further, which laid an important foundation for next development of the space plant-growing facility and plant-cultivating experimental research in space microgravity condition.     

Passepartout Sherpa – A low-cost,reusable transportation system into the stratosphere for small experiments

The Passepartout sounding balloon transportation system for low-mass (<$<$1200 g) experiments or hardware for validation to an altitude of 35 km is described. We present the general flight configuration, set-up of the flight control system, environmental and position sensors, power system, buoyancy considerations as well as the ground control infrastructure including recovery operations. In the telemetry and command module the integrated airborne computer is able to control the experiment, transmit telemetry and environmental data and allows for a duplex communication to a control centre for tele-commanding. The experiment module is mounted below the telemetry and command module and can either work as a standalone system or be controlled by the airborne computer. This spacing between experiment- and control unit allows for a high flexibility in the experiment design. After a parachute landing, the on-board satellite based recovery subsystems allow for a rapid tracking and recovery of the telemetry and command module and the experiment. We discuss flight data and lessons learned from two representative flights with research payloads.     

Space Research Plan of China's Space Stationormalsize

China's manned spaceflight missions have been introduced briefly, and the research planning of space sciences for China's Space Station (CSS) has been presented with the topics in the research areas, including:life science and biotechnology, microgravity fluid physics and combustion science, space material science, fundamental physics, space astronomy and astrophysics, earth sciences and application, space physics and space environment, experiments of new space technology. The research facilities, experiment racks, and supporting system planned in CSS have been described, including:multifunctional optical facility, research facility of quantum and optic transmission, and a dozen of research racks for space sciences in pressurized module, etc. In the next decade, significant breakthroughs in space science and utilization will hopefully be achieved, and great contributions will be made to satisfy the need of the social development and people's daily life.      

空间高等植物培养装置

空间高等植物培养装置用于中国天宫二号空间实验室开展微重力条件下高等植物生长机理研究.该装置由高等植物培养模块、生命保障模块、实时在线检测模块和返回单元等功能单元组成,可实现高等植物空间长周期培养,在轨启动生物实验,实时在线观察和荧光监测,水分循环利用及营养供给,模拟太阳长短日照周期控制与检测,环境温度测量与控制,CO₂浓度调节,有害气体去除及航天员回收部分样品等功能.      

地面模拟静止微重力环境中导线先期着火特性研究

针对在微重力环境中运行的载人航天飞行器上的电缆和导线在工作时由于电流过载导致温度升高而引起着火的情况,提出了"功能模拟"实验原理,并且利用地面实验设备对微重力环境下导线的着火前期特性进行了功能模拟实验研究.通过实验,得到了在微重力情况下由于浮升力的减小使自然对流减弱导致电流过载时导线的热平衡温度高于地面正常重力情况,从而证明了这正是引起航天飞行器着火的潜在点火源.      

空间站燃烧科学实验系统设计

建立空间站燃烧实验系统，可满足未来空间微重力燃烧实验系统需求.通过空间站微重力燃烧实验研究，可拓展空间燃烧学研究.根据所要实现的功能及燃烧实验需求，对中国空间站燃烧柜的燃烧科学实验系统进行了设计和分析.燃烧科学实验系统由8个子系统组成，是一个适合开展气、液、固多种燃料燃烧实验的综合性实验系统.考虑到强度设计要求，在完成方案设计后，对系统进行了有限元分析，并在研制的结构件上进行了力学环境实验.实验与分析结果表明，本文设计的实验系统能够满足环模实验的要求，结构合理可行.