一种利用自然能飞行的临近空间浮空器研究

为实现临近空间浮空器的持久区域驻留和机动飞行,文章所研究的一种利用自然能飞行的临近空间浮空器利用自然界的热能和风能,通过简易可行的技术手段实现飞行高度和轨迹的控制,有望解决临近空间浮空器面临的能源问题和热问题。文章介绍了该新型浮空器的系统组成和主要特点,分析了该新型浮空器在设计最大运行高度处的浮重平衡,进行了系统设计参数的分析。该新型浮空器由超热空气和氦气提供浮力,计算结果表明氦气囊所占比例越大,所需的浮空器半径越小,且随着设计最大运行高度的升高及超热值的减小,所需的浮空器半径增大。     

适合临近空间通信的Ka/V双频口径耦合天线设计

为了减缓飞行器在临近空间高速飞行时产生的等离子体鞘套“黑障”对其通信影响,根据ITU分配的临近空间3区业务频段,设计了一种在Ka/V双频段工作的口径耦合微带天线。该天线在中间缝隙开一圆孔,通过改变圆孔大小实现双频工作,并组成1×4的天线阵列,实现了在Ka和V两个频段的通信。设计结果表明：在Ka频段的-10dB带宽达到11.33%,V频段带宽达到2.52%,满足其在临近空间3区业务的通信频段。该天线易于实现,结构简单,可为临近空间通信飞行器天线设计提供参考。     

氦气渗透对高空长航时浮空器驻空能力影响

氦气渗透率是浮空器蒙皮材料的重要设计指标之一,直接影响浮空器的运行时间和成本,决定高空浮空器能否实现长航时工作。以正球型浮空器为例,根据蒙皮材料薄壳受力特点得出浮空器体积与压差关系,建立了运动学模型和基于微孔损伤的氦气渗透模型,针对不同设计高度的正球型浮空器,结合浮空器内部氦气全天温度变化情况,分析了蒙皮材料渗透率对浮空器驻留高度、驻留时间等关键性能的影响,总结了渗透率、设计高度以及热力学特性之间的关系。
     

利用浮空器提高临近空间的探测预警能力

概述了浮空器在临近空间探测预警上的作用，在此基础上，重点阐述了浮空器作为临近空间探测平台的优势，并与卫星和预警飞机进行了比较分析。主要针对美国对于浮空器的军事应用和进展，如利用浮空器对巡航导弹的探测应用等进行了介绍，最后得出结论。     

临近空间浮空器总体参数的优化设计研究

临近空间飞行器是目前新概念飞行器发展的一个热点,本文研究了临近空间浮空器设计过程中对其在总体参数进行几何尺度控制的相关问题。在一定的基本假设和约束条件下,给出了一套参数估算常规飞艇形式临近空间浮空器的总体几何尺度的计算流程。利用这一流程进行计算,得到了几项单项技术指标对于该种类型浮空器总体尺度的影响规律,讨论了控制缩减总体尺度可以优先发展的技术领域。最后分析了载重量对于浮空器尺度的影响情况。     

小卫星最佳温度动态范围热控设计方法研究

为探索低热惯性小卫星动态传热下的热控设计方法,首先建立双层集总参数模型,在得到温度时均量解析解的基础上,类比阻尼振荡系统,采用傅里叶变换法求解温度波动量解析解,从而建立周期变化外热流下温度动态变化与热控参数间的解析关系。以此为基础提出“最佳温度动态范围”热控设计新方法。对某型微小卫星进行“最佳温度动态范围”热控设计,并通过其在轨温度遥测量动态变化对该方法的准确性和可行性进行验证。     

空间光谱干涉仪在轨超静超稳平台的设计与地面验证

为了解决星上微振动引起的空间摆臂式傅里叶干涉仪（下文简称干涉仪）运动速度稳定度下降的问题,分析了干涉仪在轨减振任务的特点,提出了同时采用低刚度隔振与高灵敏度阻尼抑振的一体化设计方法,实现了干涉仪超静超稳平台的系统设计。平台采用被动隔振技术隔离卫星中、高频的机械振动,实现干涉仪在轨的“静”,采用电磁阻尼技术消除隔振过程引入的低频共振和晃动,保证干涉仪在轨的“稳”。地面微振动试验中,平台引入后,干涉仪安装位置加速度响应满足微振动环境要求,干涉仪性能稳定,载荷工作正常。     

柔性航天器姿态机动轨迹设计及跟踪控制

针对柔性航天器姿态机动的“快速性”及“稳定性”矛盾，研究了一种优化与控制综合的姿态机动轨迹设计与跟踪控制方法。首先，考虑柔性航天器姿态机动过程中既快又稳的需求，建立姿态机动的多目标多约束条件，优化获得姿态机动轨迹，在满足快速性基础上，最大限度提高稳定性；其次，设计新型的快速鲁棒输入成形器(FRIS)，与传统输入成形器相比，FRIS具有更短的作用时间及更强的鲁棒性，能够有效抑制柔性附件振动，为姿态机动的“快速性”及“高精度”奠定基础；最后，设计新型自适应连续终端滑模控制器(ACTSMC)，避免增益过估计，提高控制精度，实现对期望姿态轨迹的有限时间快速高精度跟踪控制。数值仿真校验了所提方法的有效性。     

临近空间飞行器

在ORS发展中,美军首次将临近空间飞行器与战术星、及时响应运载器统一纳入一个军事航天大系统中,提出由战术星、临近空间飞行器和及时响应运载器共同组成“联合作战空间”。超高空长航时无人机、平流层飞艇、浮空器等临近空间飞行器具有机动性好、成本低、易维护等特点,如果处于作战区域,     

临近空间慢速飞行器载荷概述

随着经济需求与军事需求的牵引和科学技术的进步,临近空间慢速飞行器因其良好的驻留能力和适用于对地观测、通信、打击的大视野和驻留高度,受到广泛关注。文章结合临近空间平流层不受云、雨、雪、雾干扰的气象特点和距离地表高度20~100 km之间的高度特征,分析了临近空间慢速飞行器在有效工作时间、成本、设备工作效果相对于卫星和飞机的优势,以及临近空间慢速飞行器的在飞行速度和飞行高度上的参数约束和目前临近空间慢速飞行器的具体分类。根据临近空间慢速飞行器的负载能力和运动特性对比当前卫星和飞机上实际应用有效载荷种类和有效载荷性能需求,对临近空间慢速飞行器有效载荷进行了讨论。文章着重论证了合成孔径雷达(SAR)有效载荷、可见光有效载荷、红外有效载荷、通信中继有效载荷、武器有效载荷在临近空间慢速飞行器上的可行性和应用优势,分析了临近空间慢速飞行器有效载荷的发展趋势,为临近空间慢速飞行器有效载荷的发展和有效载荷的应用选择提供了参考。     

风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。     

临近空间高超声速飞行器关键技术及展望

随着各国对提高军队通信、反应和作战能力的需求与日俱增,发展临近空间高超声速 飞行器技术的重要性愈发明显。综述了临近空间高超声速飞行器国内外的发展现状与趋 势,系统全面地分析了发展临近空间高超声速飞行器的关键技术,包括总体设计技术、气动 力和气动热技术、高温长时间热防护技术、高精度GNC技术、有效载荷抛撒技术以及发动机 技术。在此基础上,最后提出了适合我国国情的临近空间高超声速飞行器技术的发展设想。
     

平流层浮空器快速部署平台的建模与仿真

针对目前平流层浮空器的部署方案中存在着放飞条件限制较多、升空过程中风险较大和部署时间较长等风险和不足,基于弾载弹射技术提出一种新型浮空器快速部署方案。该方案通过运载器将部署平台投放到预定空域,系统经过分离、减速伞减速、空中充气、展开等阶段,完成浮空平台的快速部署。通过分析系统构成和工作流程,建立了能够反映充气展开过程中,伞-艇-充气机构相互作用的多体动力学模型,并通过仿真计算校验了系统方案的可行性。研究结果表明：该方案能够实现平流层浮空器全天候快速部署。     

航天器密封舱真空热试验用压控系统设计与实现

带有密封舱段的航天器在进行真空热试验时,经常需要对密封舱内压力进行调节控制。压控系统具有泄压、复压、稳压功能,可以实现密封舱内压力调控的目的。文章详细介绍了某型号真空热试验用密封舱压控系统的结构原理及设计方法,同时解决了真空低温环境下真空管路的隔热与密封难题。通过模拟测试对系统主要指标进行了验证,结果表明系统能够满足试验要求。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

模拟平流层环境的加载试验风洞测试与控制系统设计

根据模拟平流层环境加载试验风洞的设计要求,对其测试与控制系统进行了设计。通过搭建风洞控制子系统、数据采集子系统和安全与报警子系统,实现了对试验风洞中的设备开关、压力、温度和风速等的精确控制,同时具有系统运行各项参数的实时采集和记录、故障处理以及自动报警等功能。测试结果表明,系统的各项参数控制精度高,压力偏差小于0.2 kPa、温度波动小于1.5 ℃,模拟平流层环境加载试验风洞运行稳定、安全可靠。     

快速部署浮空器总体技术研究

快速部署浮空器通过运载器将部署平台投放到预定空域,经过分离、减速伞减速、空中充气、展开等阶段,快速完成浮空平台在平流层的部署,可以实现突发灾难区域的应急通信、应急观测、应急监控等功能,能有效弥补目前平流层浮空器放飞条件限制多、升空过程风险大和部署时间长的不足。对其系统组成、优势进行了介绍,对总体技术进行了研究设计及初步分析验证,并围绕浮力体形式、浮力体充气气体、浮力体表面材料、浮力体载重能力、浮空器分离过程等关键技术开展研究。     

金星大气环境模拟设备及试验技术综述

金星作为地球的姊妹星，具有极大的科学探索价值。鉴于金星环境的复杂性，了解金星内部只能通过着陆探测与漂浮探测方式进行，而金星大气环境模拟试验是未来开展金星着陆、漂浮探测器研制的基础。文章首先梳理出金星近表面环境模拟的关键技术，包括微量气体的精确测量与控制，高温、高压环境下的气体温度及压力控制与测量；之后综述了国内外金星大气环境模拟系统的研究现状，着重介绍了国外进行的金星大气环境模拟试验；继而在分析金星探测任务对环境模拟具体要求的基础上，对我国开展金星大气环境模拟试验研究提出建议。     

在轨跟踪与数据中继卫星测控关键技术(上)

根据卫星轨道根数，研究了跟踪与数据中继卫星（TDRS）对用户星的精确跟踪规律，并据此分析了TDRS对卫星平台姿态和天线运动范围的要求。介绍了TDRS测控中的关键技术，如螺旋扫描算法在TDRS搜索用户星时的应用、TDRS对近地卫星的覆盖率、TDRS跟踪多用户星的资源分配准则、星蚀和日凌计算，以及轨道位置保持控制策略等。相关控制策略的正确性已在我国地球同步轨道卫星的在轨测控应用中得到了证实，可用于未来TDRS的工程测控和业务应用。