高分多模卫星微振动抑制设计与验证

敏捷型遥感卫星在轨运行期间,星上控制力矩陀螺等扰动源会引起微振动,微振动传递到高分辨率相机等敏感载荷会影响载荷性能,进而影响卫星成像质量,因此需对传递到敏感载荷的微振动进行抑制,以保证卫星高分辨率指标的实现。以高分多模卫星(GFDM-1)的微振动抑制需求为背景,确定了整星微振动抑制技术路线与微振动抑制总体方案,开展了扰动源特性研究,完成了扰动源、星体结构和敏感载荷的减隔振设计与验证,并通过星载微振动测量设备对相机等关键位置的在轨微振动响应进行了测量,对卫星微振动抑制方案进行了飞行验证。在轨微振动测量数据表明:高分多模卫星微振动抑制方案可有效满足敏感载荷相机的微振动抑制需求,可为我国后续敏捷遥感卫星的微振动抑制设计与验证提供参考。     

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。     

光学遥感卫星微振动抑制方法及关键技术

针对光学遥感卫星面临的微振动对成像质量影响的问题,对微振动抑制设计方法和关键技术进行了论述。首先对动量轮、控制力矩陀螺、扫摆机构等主要扰动源的机理和特征进行分析,然后从传递路径设计、微振动源抑制、降低有效载荷敏感性三个方面介绍了微振动抑制方法,最后结合遥感卫星的研制过程给出了微振动抑制设计的实例。     

某遥感卫星平台的微振动试验研究

为了研究动量轮/控制力矩陀螺造成的微小振动在卫星结构内的传递规律,文章利用某遥感卫星平台在国内首次开展了气浮和悬吊两种状态下的卫星微振动对比研究试验。分别在两种边界下进行了背景噪声测试及模态试验,分析了两种边界条件对试验结果的影响;测量了动量轮/控制力矩陀螺工作造成的微振动响应。通过对试验结果的分析,总结了典型微振动源的主要扰动成分及其传播规律。研究表明:两种边界引入的噪声对试验结果的影响均较小,微振动响应在传播过程中会大幅衰减;动量轮及控制力矩陀螺工作时引起的扰动响应从总体上看受边界的影响不大。     

某遥感卫星微振动对成像质量影响分析

微振动对成像质量影响问题成为制约某型号任务成败的关键因素。为预示微振动对成像质量的影响,首先对微振动源进行分析,然后针对性建立微振动传递路径数学模型,包括结构传递和姿控回路补偿,再根据光学系统设计建立光学元件运动与视轴晃动关系的数学模型,最后进行微振动对相机视轴影响的仿真分析。同时,为演示微振动对成像质量的影响,进行了图像质量仿真。分析结果表明,CMG的微振动对成像质量的影响无法忽略,需采取必要的控制措施。     

控制力矩陀螺柔性安装界面扰动力分析方法

以控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)-柔性基础结构耦合系统为研究对象,提出了使用CMG解析动态加速性和柔性基础结构解析加速性对固定界面扰动力进行修正,以获取柔性界面扰动力的分析方法,并将分析结果与Simulink动力学建模与仿真的结果进行了对比与分析。分析与仿真结果吻合较好,可以为扰源-航天器耦合微振动特性分析提供参考。     

高分辨率敏捷卫星颤振对成像的影响分析方法

高分辨率敏捷卫星在轨姿态机动成像过程中,姿态控制执行机构的控制力矩陀螺（Control Moment Gyro, CMG）在正常工作时会产生附加的扰动力和扰动力矩,经振动传递,造成相机内部敏感光学元件之间的相对运动,从而对图像品质造成影响。为了研究 CMG 颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响,文章采用集成建模分析方法,构建包括扰动、结构、控制、光学在内的颤振集成模型。以某型号空间相机为研究对象,对此相机的动力学特性和光学系统敏感度进行了分析,得到相机敏感光学元件的振动响应,以及颤振在相机焦面产生的像移,研究了CMG颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响分析方法,可为其他类型颤振的影响分析提供参考。     

高精度航天器微振动力学环境分析

高精度航天器由于其指向精度和分辨率水平极高,需要考虑微振动的影响。文章给出了微振动的定义,分析了微振动特性、国外研究现状、建模特点及方法,总结归纳了高精度航天器星体内部的主要扰动源。给出了反作用轮、斯特林低温制冷器、星载敏感器以及太阳翼等典型扰动源扰动的时域或频域模型及微振动隔离模型,并进行了相应的仿真,从系统层面评估了微振动对高精度航天器性能的影响,可供高精度航天器设计时参考。     

航天器微振动力学参数测量单元设计与验证

针对某新型气象卫星的在轨微振动测量需求,分析微振动对于卫星及其精密载荷的影响,提出一种具有可切换量程和较高故障容错能力的卫星微振动测量单元设计方案。通过地面试验数据与在轨数据的对比,证明该系统能够准确辨识整星及高精度载荷在不同工况下的微振动力学数据。该系统功能的成功实现为进一步优化星体结构、改善高精度载荷工作环境提拱了大量真实可靠的数据,也可为后续我国卫星的微振动技术研究和微振动抑制提供参考。     

遥感系列卫星在轨微振动测量与分析

在遥感系列卫星上装载了微振动环境测量系统并进行了在轨微振动环境测量。文章介绍了4颗遥感卫星的在轨微振动环境参数获取与分析。结果表明:星上各活动部件中主要的扰振源为反作用轮和辐射计/散射计转动机构;卫星稳定运行时的最大微振动量级约为57 mg,传递到光学敏感设备衰减度约为15%。     

一种包带抱紧结构动态特性的试验研究

对卫星上一种安装气瓶的包带抱紧结构进行了力学动态试验的分析研究,测试了包带抱紧结构组件的基频特性随拧紧力矩的变化以及随振动量级的变化,测试数据表明抱紧结构基频随拧紧力矩增加而提高,并在一定拧紧力矩下达到稳定。经过模拟星上振动环境的测试,得到了频率特性保持稳定的拧紧力矩。在三种不同量级的正弦振动下,试验数据表明振动量级会...     

某型号卫星磁性分析与控制

某型号卫星的有效载荷之一高能望远镜对磁场敏感,因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境,并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力。文章根据卫星的构型,对整星的磁场分布进行了计算;对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试;对载荷的磁屏蔽方案进行了仿真与测试;分析了抗磁场干扰设计对整星磁性控制的影响,证明卫星可以满足总磁矩不大于5.0 A?m2的姿态控制要求。     

同步串行总线在通信卫星转发器中的应用

提出了一种适用于通信卫星转发器分系统测控数据传输的5线制同步串行总线,支持30个终端同时接入,改变了通信卫星平台传统的点对点式的遥测遥控信息传输方式,大大减少了通信舱内电缆数量;并在某通信卫星载荷舱上进行了应用,使卫星载荷舱质量减少几十千克,提升了卫星平台的有效载荷能力。文章设计的串行总线提供标准的接口电路,有利于有效载荷设备的扩容,可以推广至更多的有效载荷设备,构成其之间的测控信息网络。     

卫星结构基础加速度激励及界面力识别试验研究

针对某卫星结构模型,开展基于实测卫星结构加速度的卫星基础激励和星-箭连接界面动载荷反演试验研究.首先,根据卫星结构和试验条件,设计了用于测量星-箭界面传递载荷的工装;其次,基于卫星结构模态试验和有限元模型修正技术,获取了卫星结构的高保真有限元模型;进一步,开展基础激励下的卫星结构模型振动试验,利用动载荷识别技术获取振动...     

带柔性伸杆小卫星振动控制的半物理仿真实验

在空间探测任务中,为了避免卫星平台剩磁对空间待测信息的干扰影响,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体,而伸杆的弹性振动不可避免地会耦合作用到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度和稳定度。针对此问题,提出了一种基于伸杆最优指令整形结合本体自适应扰动抑制滤波器的复合振动控制策略,即采用指令整形技术抑制柔性伸杆的弹性振动,同时设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消柔性伸杆残余振动对本体的干扰影响,最后在搭建的半物理仿真实验平台上对控制方法进行了实验验证。结果表明：此方法在有效抑制柔性伸杆残余振动的基础上,通过干扰抵消和抑制的控制策略可显著提高此类航天器的姿态控制精度和稳定度。     

某型卫星有效载荷支架振动抑制

某型号卫星的有效载荷支架结构在验收级振动试验时振动超标。在对结构不做大的修改的前提下，采用约束阻尼层用对原结构进行处理。对不同的约束阻尼层方案采用有限元方法进行计算，综合考虑各种影响因素，如阻尼比和附加质量等，得到合理的约束阻尼减振方案，并在结构星上进行试验，确定最终实施方案。实施方案后，正样星在0．1g振动条件下，最大振动幅值下降了22．3％，保证了卫星的顺利发射。该卫星已经成功发射，并且在轨运行正常。该问题的成功解决和解决问题的方法与过程为今后解决类似问题提供了经验。     

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。     

星箭适配器（PAF）隔振技术的进展

星箭适配器（PAF）隔振技术是指在不修改卫星原有结构的前提下,设计具有隔振效能的适配器或在适配器与星箭界面之间引入隔振装置,以隔离卫星发射阶段轴向或侧向的振动。该技术可以降低卫星的质量控制成本,提高卫星发射的可靠性。文章对星箭适配器隔振技术国内外研究进展进行了总结和评述,对美国CSA和欧空局EADS的产品做了介绍,并对我国星箭适配器隔振技术的未来发展途径提出了建议。     

一种星-箭连接动态界面力的深度学习反演方法

针对于星-箭连接动态界面力无法通过力传感器直接测量,且典型时域动载反演方法难以准确计算界面力的时域变化等难点,提出了基于长短时记忆(LSTM)神经网络的星-箭界面力深度学习反演方法。首先通过卫星地面测试试验得到数据依据,以卫星主体结构的加速度测量数据为输入层,以星-箭界面力测量数据为输出层,利用LSTM神经网络建立输入和输出间的反演映射关系模型,实现卫星在发射过程中较高精度的界面力反演。进而,设计并开展了某典型卫星结构的正弦扫频和随机振动实验,测试LSTM界面力反演方法的可行性。结果分析可知,所提出的基于LSTM深度学习反演方法能够精确地获得动态界面力时程数据,两项性能指标均优于目前典型的载荷反演方法。