某微小卫星结构轻量化设计研究

对某对地观测微小卫星初样星的结构优化进行了研究。建立了该卫星的有限元模型,对卫星的主承力结构进行了结构尺寸和材料优化,结果表明结构尺寸优化在满足整星有足够静、动态特性的前提下使总质量减少了5.66kg,占结构总质量的28.3%;用碳纤维/环氧树脂复合材料替换原铝合金材料使整星质量减轻6.55kg,占结构总质量的32.75%,并满足相应的力学性能,两种结构优化方案均使初样微小卫星结构质量显著降低。用模态分析与静力分析验证了优化后整星满足规定的刚度与强度要求,其优化过程与结果为同类微小卫星结构设计提供了参考。     

大型复杂航天器结构有限元模型的验证策略研究

大型复杂航天器结构有限元模型的合理性和准确性在航天器研制过程中具有重要意义, 它是开展星箭耦合分析以及力学环境条件设计等工作的基础。首先综合有限元建模、模 态试验、相关分析和模型修正等技术构造了一套系统的航天器结构有限元模型试验验证策略 ;然后,针对我国新一代大型卫星平台——东方红四号卫星开展了整星有限元模型的试验 验证研究,其中整星模态试验以及模型修正等研究工作属首次在东方红四号卫星平台上成功 实施。修正后有限元模型对整星主模态频率预测误差小于5％,模态置信准则大于0.6,预 示精度达到工程要求。
     

卫星对接环减振装置设计与验证

针对相同平台卫星不能满足多种运载力学环境的问题,设计了一种对接环减振装置并进行了试验验证。首先通过分析卫星对接环功能特点,结合金属橡胶材料减振方式,设计了对接环减振装置,构建了卫星-对接环减振系统的动力学模型;然后通过正弦与随机振动试验验证了设计的有效性;其次,将对接环减振装置进行了有限元分析,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了分析模型的正确性;最后,将所设计的对接环减振装置应用于环境减灾二号(HJ-2)卫星中,通过整星动力学分析验证了该装置的应用效果。     

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性.用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案.在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果.分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态.另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价.     

低轨微波遥感卫星磁设计及试验验证

分析了低轨微波遥感卫星主要磁源分布特征,针对微波遥感卫星载荷功率大、装载的收发(TR)组件、有源天线阵、电源及SAR等系统间供电电流回路、接地回路可能产生较大杂散磁矩的因素,提出了一些有效减少大功率微波遥感卫星杂散磁矩的设计方法和工艺措施并进行相关试验验证。测试结果表明:卫星整星接地设计,小型化TR组件及有源天线阵、星体内电缆等结构工艺布局和走线设计合理;显著地减少了整星静态永磁矩、动态场杂散磁矩,卫星磁矩满足指标要求。     

卫星星上功率电缆热特性研究

文章根据某卫星在轨工作工况,对星上功率电缆的热特性进行了理论计算,以此为基础结合卫星在轨外热流环境条件,提出了整星状态下的试验验证方案,通过试验验证获取了星上功率电缆在整星状态下的温度参数分布,对获取的温度数据及其环境特点进行了分析,获得了星上功率电缆的热特性,对电缆在卫星内的走向、固定方式等提出建议。研究成果可为后续卫星功率电缆相关设计提供参考。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

航天器声振动力学环境响应分析

动力学环境试验技术已得到了广泛的应用,但是动力学环境预示技术还没有得到很好的重视和发展。文章在简要概述了统计能量法（SEA）的基础上,以某卫星为例,划分为26个子系统和97个连接,对整星的宽带声振力学环境的响应进行了估计。经过与试验结果的对比,验证了上述方法的可行性。     

无线供电模式在微小卫星供配电上的应用前景

针对微小卫星供配电体制，对两种无线供电模式，即卫星进行空间太阳能电站微波能量接收增加整星电能和卫星采用内部无线供电提供灵活结构、平台减重的可行性方案，进行适应性分析。     

一种兼具卫星舱板功能的相机承力板设计

安装承力板对于保证相机结构稳定性、技术指标以及承受运输到发射阶段的各种力学环境具有重要作用。随着整星轻量化要求的提高,之前常用的单面承载构型已无法满足目前对承力板多功能化的迫切需求。文章针对某型号光学相机任务需要,通过优化整体成型的碳纤维加强框架布局,设计了一种兼具卫星舱板功能的双面承载相机承力板,提高整星的功能密度,降低整星质量和体积。该承力板在保证轻量化的前提下满足大长宽比(4∶1)和较高的稳定性要求,不仅可以支撑多台相机,还可以作为卫星的舱板承载卫星设备。有限元仿真和试验验证结果表明,承力板结构频率100Hz,位置关系稳定性优于2′,质量比传统承力板减小50%,可以满足相机和卫星的要求。     

一箭多星发射的卫星振动环境分析与验证

某卫星采用一箭多星方式直接发射入轨,在星箭耦合分析中发现星箭界面部分频点振动环境明显高于原设计要求,导致卫星可能需要采取改进设计以满足该变化。为进一步明确卫星的环境适应性,文章首先针对超限频点开展刚度匹配分析和响应分析,识别可能存在的风险,并对识别出的服务舱+Y板采取改进措施;其次,开展整星动力学分析、星箭耦合分析,分析验证卫星及其组件的适应性,并提出了改进的地面试验条件,结果表明地面试验能够包络星箭耦合分析结果,试验是充分的;最后,通过飞行试验验证,证明地面试验能够包络在轨飞行振动环境,采取的分析验证和试验验证是可行的。该研究方法及所取得的结论可为解决后续卫星研制过程中类似问题提供参考。     

某平台卫星发射及在轨力学环境测量与分析

为获取航天器准确的发射及在轨力学环境数据,设计了一套具有数据采集、存储和传输功能的星载测量系统。利用该系统对某大型平台卫星发射飞行过程进行了测量,获取了星箭界面及卫星结构典型位置在发射主动段的正弦振动响应、随机振动响应、冲击响应及在轨微振动的环境数据。将测量数据与星箭载荷耦合分析结果、地面力学试验结果进行了详细对比,结果表明:星箭载荷耦合分析的结果在星箭界面处横向相对准确,而纵向在有限频段准确,其他频段及星上分析结果均大于测量结果,即存在极大裕度;地面试验结果大于测量结果,意味着有较大的裁剪设计空间。测量数据对后续卫星模型修正、试验条件设计、相似平台卫星抗力学环境优化、部组件设计等均具有重要的参考价值。     

一种系统级多维振动试验技术

与传统一维振动试验相比,多维振动试验能更加真实地模拟实际振动环境,有利于暴露潜在缺陷。研究了一种采用4个振动台、分别从水平和垂直方向施加激励的系统级多维振动试验技术,并阐述了该试验系统的总体设计、机械解耦技术、多维振动控制技术和夹具设计技术。通过运用三维建模、动力学分析和优化设计等手段,自主研制了系统样机并开发了振动控制软件,在国内首次实现了4台电磁振动台两轴向的同时激励。对关键技术的验证试验表明,采用的各项技术满足试验需要,各项指标满足设计要求。     

A low-cost femtosatellite to enable distributed space missions

A new class of distributed space missions is emerging which requires hundreds to thousands of satellites for real-time, distributed, multi-point sensing to accomplish long-awaited remote sensing and science objectives. These missions, stymied by the lack of a low-cost mass-producible solution, can become reality by merging the concepts of distributed satellite systems and terrestrial wireless sensor networks. However, unlike terrestrial sensor nodes, space-based nodes must survive unique environmental hazards while undergoing complex orbital dynamics. A novel sub-kilogram very small satellite design is needed to meet these requirements. Sub-kilogram satellite concepts are developing elsewhere, such as traditional picosatellites and microengineered aerospace systems. Although viable technical solutions, these technologies currently come at a high cost due to their reliance on high-density technology or custom manufacturing processes. While evaluating these technologies, two untapped technology areas became evident that uniquely encompass low cost and mass producibility by leveraging existing commercial production techniques: satellite-on-a-chip (SpaceChip) and satellite-on-a-printed circuit board (PCBSat). This paper focuses on the design, build, and test results of a prototype PCBSat with a prototype unit cost less than $300. The paper concludes with mission applications and future direction.     

KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究

热沉是空间环境模拟器的重要组成部分之一,用于在真空热试验中产生冷黑环境。我国目前正在研制的KM8空间环境模拟器和KM7A空间环境模拟器的热沉均采用不锈钢板式结构,而不锈钢板式热沉的焊接加工工艺是亟需解决的技术问题。文章介绍了在KM8不锈钢板式热沉激光焊接工艺研究中,采用不同的工艺参数焊接了不同厚度的搭接组合板试件后,对这些试件进行了力学拉伸试验和焊缝分析与检测,并根据检测结果确定了不同厚度板材组合的最佳搭接焊接工艺参数。这些工艺参数在后续的生产实践得到了有效验证。     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明:联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。     

“海洋二号”卫星主动段、自由飞行段力学环境测量与分析

力学环境测量系统首次搭载于“海洋二号”遥感卫星并开展了卫星在轨动力学环境的测量。文章主要介绍了利用该测量系统对主动段和自由飞行段卫星关键设备和关键部位动力学环境的测量情况,包括主动段卫星振动响应及其结构传递,自由飞行段卫星活动部件工作引起的微振动以及传递到光学敏感器上的微振动响应等;根据测量结果进行了力学响应分析。由于是首次开展在轨动力学环境的测量,所以获得的结果非常宝贵,对于完善、修正卫星分析模型具有重要的价值,可为卫星地面力学试验条件的确定提供参考依据。     

一种通用振动夹具的设计

星上电子设备在振动试验中需要夹具转接,夹具的性能优劣直接影响到设备的可靠性。文章介绍了一种通用振动夹具的结构设计,并进行了仿真分析、仿真优化、试验验证,对夹具进行了讨论和总结。文章内容对星上电子设备及同类产品振动试验夹具的设计具有一定工程指导和参考价值。     

基于Pro/E的双轴定位机构虚拟样机的建模与校核

介绍了在Pro/E设计平台上完成某卫星天线双轴定位机构虚拟样机模型的建模、仿真与校核。根据该定位机构的特点,建立了虚拟样机模型并完成静态校核。通过设定必要的参数值,对虚拟样机作包括运动学和动力学仿真的动态校核。由仿真结果与规定设计指标的比较可知,该虚拟样机符合设计要求。     

空间环境研究的现状与展望

空间环境研究的内容包括空间环境模式研究、空间环境效应研究和空间环境实验研究。当前国外空间环境研究注重对大型软件组织多学科、多单位长期合作研究;模式研究与实验研究紧密结合;注意开发对工程适用的模式;工作重点是太阳帆板带电和低轨卫星表面带电。建议我国在今后的空间环境研究中加强联合,集中攻克急需的大型软件;加强对材料特性的实验研究;着手发射环境效应卫星;开拓空间环境研究的新领域;在空间环境效应研究中加强卫星研制单位、卫星操作部门与环境效应研究单位的合作。