深空探测太阳电池阵应用及关键技术分析

从1958年启动月球探测活动至今,经过几十年的发展,人类在深空探测领域取得重大成果。本文首先介绍地内行星、地外行星与登陆探测等领域探测器用太阳电池阵技术的应用情况,同时结合地内行星探测、地外行星探测与登陆探测任务所面临的不同空间环境特点对航天器太阳电池阵进行关键技术分析,梳理深空探测任务对太阳电池阵不同的技术需求及其所需解决的关键问题,从中得出未来深空探测太阳电池阵技术的趋势是将向更高效率太阳电池阵、环境自适应技术、高重量比功率、高体积比功率的方向发展。     

我国深空探测任务电源系统发展需求

针对我国后续月球极区探测、小天体探测、火星探测、木星系探测深空探测重点任务,在梳理分析每个探测任务约束的基础上,提出电源系统的具体需求;对上述4个方向的深空探测任务的电源系统需求进行归纳总结,提出我国后续深空探测任务的电源系统主要发展建议,具体包括宽温度和光强适应性、抗辐照的太阳电池阵,轻小型智能化的电源控制装置,高功率密度的电源系统MPPT拓扑;最后对同位素温差发电技术进行了发展展望,为后续深空探测电源系统研究和设计提供参考。     

美国“朱诺”木星探测器变轨故障与影响

正"朱诺"(Juno)是美国的木星探测器,是继"伽利略"(Galileo)木星探测器后的全球第二个木星探测器,于2011年8月5日由宇宙神-5(Atlas-5)运载火箭从卡纳维拉尔角发射。任务目标是研究木星的起源与演变,探测木星大气、引力场、磁场以及磁球层,调查木星上是否存在冰岩芯,确定木星上水的含量,并寻找氧气。"朱诺"采用了先进的太阳电池阵技术,是在以往探测过木星的深空探测器中首个使用太阳电池阵的探测器,在采用太阳电池阵的深空探测器中飞行距离最远。此外,"朱诺"探测器还针对木星严苛的辐射环境,首     

太阳电池电路深空探测服役环境与关键技术分析

针对月球、火星、木星等不同的深空探测任务，本文通过在轨服役环境分析，说明了火星探测火星表面光谱计算方法、火星光谱太阳电池设计思路、火星表面除尘技术路线及木星探测低温低光强技术风险。结合工程技术经验，给出了特殊任务应用条件下单片太阳电池推算整板输出功率的计算方法，解决了我国尚无特殊条件的瞬态大太阳模拟器作为整板输出功率测试地面模拟光源的工程难题，为相关科研人员提供参考。     

低轨道航天器高电压太阳电池阵电流泄漏效应分析计算

在一种简化的太阳电池阵结构模型基础上, 利用太阳电池阵电流收集经验模式,基于电流平衡, 建立了一种计算低轨道航天器高电压太阳电池阵在等离子体环境中电流泄漏的方法. 利用该方法, 对高电压太阳电池阵电流泄漏效应与低轨道等离子体环境、电池阵电压、电池阵裸露金属面积的关系进行了分析计算.结果表明, 随着轨道高度增加, 电流泄漏引起的电池阵功率损失迅速下降, 影响最严重的区域为电离层等离子体密度最高的300～400 km高度的轨道区域; 电流泄漏引起的功率损失与太阳电池阵电压呈指数关系, 电压越高功率损失越大; 200 V以下的电池阵功率损耗较小, 远低于电源系统总功率的1%;电流泄漏与太阳电池阵裸露金属导体的表面积呈正比关系, 因此, 通过减少太阳电池阵裸露面积, 可以降低电流泄漏的影响.      

中国月球及深空空间环境探测

深空探测承载着人类航天技术发展、探索宇宙奥秘和寻找地外生命及人类宜居地的重任,成为各航天大国关注的热点。我国月球与深空探测虽然起步晚,但起点高,正在追赶并将实现领先。简要回顾了我国月球及深空空间环境探测的载荷情况、数据结果、理论和应用研究成果,简述了当前在研的自主火星空间环境探测目标以及规划中的未来深空探测任务,并根据当前国际发展态势,及我国在研、规划中的月球及深空探测任务情况,分析了我国月球及深空空间环境探测的关键科学问题、载荷技术发展趋势、理论与模拟的研究需求,最后对深空环境探测进行了展望。     

深空探测人工智能技术研究与展望

面对深空探测远距离、极端环境等带来的一系列挑战,人工智能技术将成为以月球/行星驻留科学探测与资源开发利用为主体的未来深空探测任务的研究重点。在总结分析深空探测人工智能技术发展历程与态势的基础上,分析了深空探测人工智能技术的主要特点,并提出了需重点发展的关键技术。     

深空探测发展与未来关键技术

深空探测指人.类对月球及以远的天体或空间环境开展的探测活动,作为人类航天活动的重要方向和空间科学与技术创新的重要途径,是当前和未来航天领域的发展重点之一。在简要总结深空探测50多年的发展历程与未来发展趋势的基础上,重点分析了深空探测发展的5个特点,提出了未来深空探测应重点研究和突破的6类关键技术。     

深空测控新技术研究进展

测控系统是航天工程不可或缺的重要组成部分,其导航通信能力在深空探测任务中尤为重要。深空探测任务远距离、长延迟、弱信号、易中断条件下高精度导航测量和高速可靠数据传输始终是深空测控技术需要重点解决的问题。围绕这些问题重点介绍了在天线组阵、再生伪码测距、连接端站干涉测量、相位参考干涉测量和容延迟网络等一系列新技术方面开展的研究工作和部分成果,可以看到,这些成果的应用将丰富深空测控技术手段,在未来更复杂、更遥远的深空探测任务中将会发挥重要作用。     

深空探测人工智能技术应用及发展建议

深空探测任务的探测目标距离地球越来越远,测控延时逐步增大,并且目标的先验知识有限,在遥远、未知、不确定环境下开展科学探索对探测器的自主性能需求日益强烈。随着人工智能技术的快速发展并逐步实用,在深空探测领域中应用人工智能技术提高和改进航天器自主性也将成为必须和可能。简要介绍了人工智能技术的发展历程,分析了航天领域中人工智能技术的应用实例,重点结合规划的深空探测任务特点和应用场景,梳理分析了各具体任务对人工智能技术应用的潜在需求,并提出了对深空探测人工智能技术应用的一些看法和发展建议。     

微纳卫星L1点Halo轨道转移轨道设计

针对地月空间探测任务的高风险、高成本,提出了利用微纳卫星完成地月空间环境监测、未知空间探索及地月空间动力学验证的方案,从而为未来建立地月空间运输系统建立良好基础。借助地月空间三体动力学和小推力轨道设计中的直接法,设计了针对微纳卫星的低能耗地月转移方案。结果表明:微纳卫星借助火箭上面级,从GEO轨道出发飞向L1点Halo轨道,所需速度增量为1.033 km/s,转移时间为40.02 d;不借助火箭上面级,所需速度增量为1.397 5 km/s,转移时间为48.7 d。     

大视场红外星敏感器折反式光学系统设计

星敏感器是以恒星为探测对象的高精度空间姿态测量装置,广泛应用于卫星、航天飞机、导弹等必备的高精度姿态敏感部件。为了实现在特定环境要求下的精确应用,本文设计了可应用于近红外波长的红外光学系统。首先,根据既定的参数进行了初始结构的选型,并对马克苏托夫望远镜的形式进行了改进。然后,对设计结果进行了探测性能分析。随后对设计好的系统进行了公差分析及优化,使它能满足加工装配需求。最后,为光学系统设计了遮光罩,进行了杂散光分析。设计与分析结果表明：该探测光学系统折反射镜全表面采用球面,系统总长171.2mm,全视场14μm包围能量分布均在86%以上,0.8视场内最大畸变小于4μm。该系统视场大、结构紧凑、装调难度低、探测灵敏度高、探测范围广、温度适应性强,可在0.8～1.9μm近红外波段的宽光谱范围内进行高精度目标检测的准确检测。     

一种超低速转台速率指标的测量方法

介绍一种超低速转台（0.000 01°/s ～0.000 1°/s）速率误差、速率平稳度和速率分辨力的测量方法。该测量方法采用三角测量法,其速率指标测量是通过测量出规定时间内的线位移,用相应公式计算出角速率的各项测量结果。通过实际测量和测量不确定度分析,该测量方法能满足超低速转台速率误差、速率平稳度和速率分辨力的测量要求。该测量方法不仅能解决实际工作中出现的检测问题,也有助于提高超低转速转台,特别是转速为0.000 01°/s速率转台的研制的水平。     

气体微流量标准装置

介绍了气体微流量标准装置的工作原理，并对其测量不确定度进行了分析与验证。测试结果表明：流量的校准范围为１７．１～１．２２×１０￣（－５）ＰａＬ／ｓ，不确定度为２％。     

电阻式直流小电流标准恒流源

研制的电阻式直流小电流标准恒流源,用精密程控电压源和精密高值电阻器产生高准确度直流小电流的输出。利用电流电压负反馈自动调整,克服负载对输出电流的影响,实现直流小电流稳恒输出。在反馈支路加入滤波环节,大大降低了输出电流的噪声。在关键部位采用等电位屏蔽技术,克服湿度、泄漏和电磁干扰对输出电流的影响。该标准源量程范围10^-12A-10^-4A,在2pA量程准确度0．25％,输出电流噪声≤10fA,等效输出电阻10^16Ω。     

会切磁场推力器低频振荡特性

针对会切磁场推力器的低频振荡特性,将推力器的工作模式分为高电流模式和低电流模式,在此基础上研究了低频振荡随工作参数和磁场位形的变化特性,并针对推力系统外回路对低频振荡的影响进行了研究。结果表明,在高质量流量下,随着放电电压的增加,会切磁场推力器的工作模式从高电流模式转换为低电流模式。在高电流模式下,放电电流具有高振幅、低频率的特征,羽流比较模糊,并且电流振荡幅值随着放电电压增大呈先增大后降低的趋势,而对应的振荡频率随着放电电压的增大而增大。在低电流模式下,放电电流具有低振幅、高频率的特征,羽流有两条明显的亮线,并且电流振荡幅值和频率均随放电电压的增大而增大。在不同工况下,随着质量流量增大,放电电流振荡幅值和频率均呈现增大的趋势。研究还发现,外回路中的电阻和电感对低频振荡起到一定的抑制作用,而电容对低频振荡的影响并不明显。     

Rare observation of daytime whistlers at very low latitude (L = 1.08)

The source region and propagation mechanism of low latitude whistlers (Geomag. lat. <30°) have puzzled scientific community for last many decades. In view of recent reports, there is consensus on the source region of low latitude whistlers in the vicinity of the conjugate point. But the plausible conditions of ionospheric medium through which they travel are still uncertain. In addition to that, the whistlers in daytime are never observed at geomagnetic latitudes less than 20°. Here, for the first time, we present a rare observations of whistlers during sunlit hours from a very low-latitude station Allahabad (Geomag. Lat: 16.79°N, L = 1.08) in India on 04 February 2011. More than 90 whistlers are recorded during 1200–1300 UT during which the whole propagation path from lightning source region to whistler observation site is under sunlit. The favorable factors that facilitated the whistlers prior to the sunset are investigated in terms of source lightning characteristics, geomagnetic and background ionospheric medium conditions. The whistler activity period was found to be geomagnetically quiet. However, a significant suppression in ionospheric total electron content (TEC) compared to its quiet day average is found. This shows that background ionospheric conditions may play a key role in low latitude whistler propagation. This study reveals that whistlers can occur under sunlit hours at latitudes as low as L = 1.08 when the source lightning and ionospheric medium characteristics are optimally favorable.     

高低温条件下力传感器校准装置研究

通过进行力发生装置、高低温发生装置及连接工装设计,研制了一套高低温条件下力传感器校准装置,实现了在-80℃~400℃温度条件下,力值范围10kN~1000kN力传感器的校准,有效地解决了力传感器在高低温条件下的溯源难题。     

基于地标信息的星敏感器低频误差标定方法

针对星敏感器及其安装结构热变形等因素引起的星敏感器低频误差(LFE)影响卫星姿态确定精度的问题,提出了根据有效载荷提供的地标信息,采用最小二乘算法标定星敏感器低频误差的方法.考虑到卫星姿态确定系统是为有效载荷服务的,为了使卫星姿态确定系统输出的姿态信息与有效载荷相一致,从而准确反映有效载荷的指向变化情况,星敏感器低频误差的标定以有效载荷提供的地标信息为观测量进行.仿真结果表明,所提方法能够有效减弱星敏感器低频误差对卫星姿态确定精度的影响,从而提高卫星姿态确定精度.