大型GEO通信卫星平台转移轨道段热分析

为了增强大型高价值卫星的抗风险能力,针对极端温度环境以及相较一般发射工作程序有所偏离的情况,进行转移轨道卫星平台的热性能分析。对抛整流罩、星箭分离、出地影、南板受照、北板受照5个典型状态下的卫星平台进行热分析,结果显示:卫星平台本体的温度包络为51.68～-16.35 ℃,未超出一般要求,表明卫星平台的热性能有一定保持能力,但平台本体温度与热控要求间的裕度仅3.3～3.6 ℃,须予以关注;同时,采用3D舱板的有限元分析方法揭示出服务舱板厚度方向热梯度在出地影时刻最大值达5 ℃,对结构精度和机构运动性能或带来潜在风险。     

大型GEO通信平台主动段力热综合性能分析

对于大型高价值卫星,为增强卫星的抗风险能力,在极端温度环境、相较一般发射工作程序有所偏离的情况下,进行了卫星平台的力热性能分析。分析结果表明:采用3D舱板的有限元分析模型能够更好地揭示平台的结构变形;主动段的热变形只占力热综合变形的较少部分,并且随着主动段趋于结束,热变形在力热综合变形的占比在增加。平台的热分析温度结果为50.84~-11.89 ℃,未超出卫星的极限温度要求,表明卫星的热性能有一定保持能力。但是,热耗较大的舱板在给定的较极端边界条件下,分析结果较一般条件下的热平衡试验结果温度高约25 ℃。力热综合分析的结构变形结果最大为1.73 mm,不会危及卫星结构强度,表明卫星平台具有一定结构性能保持能力,但结构变形的结果已经接近结构局部精度的要求量级,值得关注。     

“希望一号”卫星热平衡试验的误差分析

为研究卫星热平衡试验误差,建立“希望一号”卫星热试验的联合热数学模型,对热平衡试验进行模拟,并与理想状态进行比较,发现仪器试验温度值在低温工况中偏低13～20 ℃,高温工况中偏低11～17 ℃;高温工况中-Y舱板表面到达热流不均匀度高达27.3%。此外,分析了热试验中热沉的温度、表面发射率、与卫星的表面积比,支架的导热、辐射漏热,电缆的导热、辐射漏热,以及热流计温度测量误差对卫星温度场的影响。     

一箭多星发射直接入轨的卫星构型研究

针对中、高轨道一箭多星发射直接入轨的需求,基于卫星与运载火箭的接口、环境条件、包络与操作要求等约束,对卫星构型形式进行了研究。比较了一箭多星发射的几种卫星构型方案（包括中心承力筒式、板筒式、板架式和桁架式构型）,研究了星箭接口选用包带式和点式爆炸螺栓两种连接分离装置的适用性,并据此提出优选桁架式卫星构型和点式爆炸螺栓星箭接口形式,可为卫星结构特性优化和卫星平台通用化奠定基础。     

热控涂层红外发射率对GEO卫星蓄电池温度波动的影响

在东方红一3卫星平台的基础上,将合理简化后的南蓄电池舱作为热分析模型。根据影响蓄电池温度波动的机理,提出服务舱舱板内表面常用热控涂层（白漆、镀铝膜、碳蒙皮）的5种组合方案,并量化分析了热控涂层红外发射率对蓄电池温度波动的影响。分析结果表明：降低蓄电池舱舱板内表面热控涂层红外发射率,尤其是降低蓄电池安装舱板表面的热控涂层红外发射率,可有效减小蓄电池温度波动幅度。与基准方案相比,最优组合方案能使蓄电池温度波动幅度降低50％。     

嫦娥一号卫星热控设计中热管的应用及验证

为克服由于月球热环境的特殊性给热控设计带来的困难,尤其是卫星度过月食的极端状态条件,首次采用了舱外两舱热耦合热管、相变材料热管技术,为最终嫦娥一号卫星热控状态满足总体的技术要求发挥了关键作用。由于两舱热耦合技术的采用,两舱的热能量得到了相互补偿,因此减少了整星散热面,减少了热补偿功率需求,提高了月食结束时蓄电池的温度,使热控技术方案成为相对优化的方案。文章对热管技术在嫦娥一号卫星热控设计中的应用进行了总结,并给出了热分析及热平衡。     

日本H-2火箭卫星整流罩分离与抛罩试验

日本H-2火箭的原型卫星整流罩于1989年5～7月成功地完成了两次分离与抛罩试验。本文首先简要介绍了H-2火箭卫星整流罩的设计、性能及其分离与抛罩系统,然后较详细地介绍了两次分离与抛罩试验的过程、试验方法及试验设备。最后,文章对试验结果进行了总结,并与分析结果进行了比较,得出了满意的结论。     

MEO卫星双星并行真空热试验技术

在“北斗三号”MEO卫星双星并行研制过程中,综合考虑总体任务需求、卫星热控特点、热控方案及现有试验条件,提出“双星同时进罐,单星热平衡,双星热真空”的真空热试验方案,并通过仿真分析对因两星相互遮挡引起的附加热流进行修正,实现两颗卫星同时使用同一空间环境模拟设备即可完成热平衡及热真空2项试验。数据比较表明,热平衡试验结果对在轨卫星温度的预示较为准确,验证了上述双星并行真空热试验方法的可行性。     

应用双层集总参数法的微小卫星简化热分析方法

针对微小卫星方案设计阶段热分析的需求,提出了一种简化热分析方法,适用于热耦合性较好的微小卫星热分析。该方法将卫星的温度分析分为稳态温度水平分析和温变幅度分析两方面,可实现小时级的热分析且结果准确。经对比某微小卫星的简化分析结果与基于物理模型的全数字仿真分析以及热平衡试验,结果表明:简化分析计算结果偏差小于3℃,满足工程计算需求,能够真实反映卫星的温度水平,可应用于微小卫星方案阶段的热设计。     

多任务轨道光学遥感卫星推进舱设计

基于舱段模块化设计概念,设计了一种适应于有高燃料需求的多任务轨道的高分辨率光学遥感卫星平台的推进舱。该推进舱结构由大直径承力筒、并联式贮箱安装支架、十字隔板和环形底板组成,向上为大型遥感载荷和设备舱的承力舱段,向下提供与星箭适配器的接口,舱内集中布局推进分系统设备,不仅可满足500~1200kg范围燃料承载要求,同时经地面总装和测试表明具有刚度高、质心低和扩展性强等优点。模块化的推进舱舱段设计提高了我国遥感卫星平台对不同类型轨道的适应能力,一方面扩充了我国遥感卫星平台系列的产品型谱,另一方面可与整星其它舱段并行进行总装测试,显著缩短卫星研制周期。     

大型柔性整流罩抛罩多体动力学仿真

在考虑结构弹性变形、空间大范围相对运动，以及弹性运动与刚体运动耦合的基础上，建立了运载火箭整流罩的有限元分析模型。采用MSC．NASTRAN和ADAMS软件仿真模拟了新一代大运载火箭整流罩不同设计方案的地面分离，并与试验结果进行了比较。分析表明，整流罩的多个仿真模拟分离参数与试验值较为接近，证明本文的整流罩抛罩多体动力学仿真方法有效。     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

Differently from traditional integration satellites, the modular satellites consist of several structurally independent modules and the heat dissipation is unevenly distributed, while the interface between modules should support repeatable connection separating. Therefore, the traditional thermal control design, which supports the independent heat dissipation of an integration satellite, cannot meet the thermal control requirements of the modular satellite. In this paper the modular thermal control technology is proposed. The carbon nanotube array on metal substrate is used as the thermal interface of the modules to realize the separable cross module heat transfer. The internal surface of structural panels is coated by graphene film to enhance the internal heat transfer in the modules with limited internal space. The smart thermal control coating is used at all the heat rejection surfaces to suppress the orbital heat flux variations. By using the technology, the thermal connection of the assembly and reconstruction system is built and the synergistic heat dissipation of the whole satellite is achieved. As to validate the proposed technology, the finite element model of the circular low earth orbit satellite is established and the in orbit temperature in the extreme working conditions is simulated. The result indicates that the modular thermal control technology proposed in this paper can satisfy the thermal control demand of the modular satellite.      

有限元仿真模型V&V技术研究

仿真模型建模过程存在多种误差输入，将引起仿真预测结果的不精确性。采用仿真模型V&V（Verification and Validation,验证与确认）技术，进行仿真模型的建模误差分析与控制。利用物理试验数据进行仿真模型的精度评估，基于模型修正算法进行仿真建模参数的自动修正，提升仿真和试验结果的一致性，帮助设计师基于精确的仿真模型进行产品的虚拟性能预示，提升仿真技术在产品研制流程中的地位和作用。阐述了模型V&V的概念和流程，对模型V&V的关键技术和原理进行了详细论述,以NASA Rotor37转子验模为例进行了V&V案例说明。     

空间在轨环境下的30 cm离子推力器三栅极组件间距变化仿真分析

采用有限元仿真(FEM)与地面热平衡试验验证相结合的方法，计算并模拟了30 cm离子推力器处于在轨环境时，有、无主动热控对三栅极相对位移变化造成的影响，并对目前离子推力器设置的工作启动流程可能造成的打火风险进行了预估。结果显示：三栅极组件的热形变方向均为法向方向，且栅极中心区域的间距最小；在 -269 ℃ 在轨极限环境温度下，推力器在5 kW工作模式下温度平衡后的屏栅与加速栅最大热态间距为0.14 mm，加速栅和减速栅则已发生贴合；在受太阳辐照以及卫星帆板恒温边界的影响下，栅面最低初始温度为-102 ℃；当推力器主动热控保证温控点为20 ℃时，栅面最低启动温度为-25 ℃，且推力器工作8000 s后，屏栅与加速栅、加速栅与减速栅的最小间距分别稳定在0.25 mm和0.20 mm；当推力器主动热控保证温控点为50 ℃时，推力器工作9000 s后，屏栅与加速栅、加速栅和减速栅最小间距分别稳定在0.31 mm和0.30 mm，能够满足0.25 mm的栅极安全打火间距要求。     

气动载荷对整流罩分离特性影响的仿真计算研究

文章利用有限元软件Abaqus中的流-固耦合分析模块CEL仿真计算了整流罩平抛分离过程,对比研究了气动载荷对整流罩分离过程的影响,并与试验进行了对比。结果表明,计算与试验结果吻合较好,分离初始时刻罩内负压所产生的气动载荷严重阻碍整流罩的正常分离,造成整流罩与内部有效载荷的碰撞干涉。仿真计算可为今后整流罩地面分离试验验证提供新的途径。     

第二代490N发动机热控设计

为解决“东方红四号”卫星平台因第二代490 N发动机点火而导致其周边重要结构件温度偏高的问题,重新对发动机周边结构件的热控进行了设计,包括采取隔热垫、高温隔热屏、热防护筒及控制对接框表面状态参数等热控措施,同时利用TMG热分析软件对改进的热设计进行了分析验证。分析结果表明:对接框在发动机点火期间的最高温度为57.5℃,小于温度指标上限值（70℃）,且余量充足;发动机支架的热变形情况也满足指标要求,验证了改进热控设计的正确性。     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

热真空试验中产品控温方法研究及其效果验证

为降低真空环境下产品的控温风险，以热真空试验的控温系统为研究对象，分析串级PID温度控制原理，在串级PID控制算法基础上进行多分区及参数自整定，提出一种适用于大滞后性系统的产品控温方法。试验验证结果表明，应用此控温方法对某卫星功率放大器热真空试验进行控温，实现了较高的精度（达到±0.5 ℃）和较小的超调量（仅0.7 ℃），升、降温速率≥1.5 ℃/mm。