空间柔性太阳电池阵发展现状及趋势

从3个方面分析空间柔性太阳电池阵的发展现状,包括折叠式、卷绕式柔性太阳电池阵总体构型的发展历程;铰接桁架式、折纸式、充气式、形状记忆材料、薄壁管状及圆周展开机构6种伸展机构的特点及应用情况;硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片及聚光太阳电池片等常用电池片材料性能的发展现状。指出面对未来空间柔性太阳电池阵大尺寸、高功率、模块化的发展需求,采用薄壁管状伸展臂及多结砷化镓薄膜电池片的卷绕式柔性太阳电池阵在质量、功率、收拢体积及成本上达成了较好的平衡,是未来的发展趋势,在此基础上,对未来空间柔性太阳电池阵重点研究方向进行了展望。     

模块化构架式空间可展开天线支撑机构设计

针对空间可展开天线大口径发展趋势的需求,提出一种模块化构架式可展开天线支撑机构。首先,基于机构学基本理论,对机构的结构组成、展开原理及锁紧方案等开展了总体结构方案设计;其次,从肋单元尺寸确定、运动学仿真分析、结构实体设计、缓释装置设计等4个方面开展了支撑机构结构设计与分析;最后,研制了一套模块化构架式可展开天线支撑机构原理样机,并在微重力装置上开展了展开功能试验。试验结果表明:依据设计方案研制的支撑机构,其展开过程平缓、顺畅,展开到位后能够顺利实现锁紧,验证了设计的正确性与可行性。所提出的可展开天线支撑机构及其设计与分析方法可为其它类型可展开天线的设计及研究提供参考。     

展开锁定对太阳电池阵驱动机构的冲击载荷分析与测量

太阳电池阵在空间会以较大的速度展开到位并锁定,这会给太阳电池阵的对日定向驱动机构(SADA)带来一定的冲击载荷,而仅依靠软件仿真很难得到准确可靠的冲击载荷数据。文章提出在卫星星体与太阳电池阵根部铰链之间串接一个测量工装,通过测量工装产生的应变可间接获得冲击载荷。该技术措施已在型号研制中得到应用,为驱动机构承载能力的设计分析和考核提供了依据。     

空间太阳电池阵的发展现状及趋势

从四方面分析了空间太阳电池阵的发展现状,包括体装式、带桨展开式、单板展开式、多板展开式、柔性多模块多维展开式等总体构型的发展历程,常用太阳电池片如硅电池片、砷化镓电池片、柔性薄膜电池片的材料与性能的发展现状,刚性基板结构、半刚性基板结构、柔性基板结构的发展与应用及五种展开机构的特点与空间应用分析,论述了空间太阳电池阵发展的制约因素,指出了聚光型柔性太阳电池阵是未来空间太阳电池阵发展的趋势,旨在促进空间太阳电池阵向着大尺寸、大功率、模块化、低成本和轻质量的方向发展,以适应大功率航天器的发展需求。     

立方星辅助离轨空气阻力帆技术研究进展

目前大量的在轨立方星服役结束后会成为长期滞留的空间碎片,影响空间环境安全,因此亟需发展适用于立方星的快速离轨技术。研究表明,空气阻力帆技术适用于辅助近地轨道的立方星离轨,其主要通过展开一面积较大的帆膜,从而增大立方星所受的稀薄大气阻力来加速立方星的离轨。文章对用于立方星辅助离轨的可展开空气阻力帆技术的国内外研究现状、结构设计中的关键技术以及有关空间环境效应模拟试验分别进行阐述分析,并提出未来发展方向。     

一种模块组装6U立方星的总体设计与在轨验证方法

从立方星实用化角度出发，提出了一种模块组装6U立方星的总体设计方法。首先，通过立方星结构布局的优化设计，将立方星平台部分和载荷部分分别布局于6U立方星的左右侧，实现了卫星平台和有效载荷的松耦合设计。其次，针对立方星星上和地面站资源有限的约束，提出了利用UHF/VHF+X频段的测控数传一体化方法，实现了立方星测控数传的模块化设计，解决了能源和体积约束条件下立方星大容量数据传输难题。再次，针对6U立方星模块组装的要求，分别提出了电源分系统、姿控分系统、离轨帆分系统的模块化设计方法。最后，以中国青少年科普卫星BY-03星为例，将紫外相机、计算光谱相机通过标准化接口设计，从而实现了卫星平台与载荷的模块化快速组装与集成测试。在轨试验结果验证了所提出的模块组装6U立方星设计方法能够适应多种有效载荷任务需求，并满足立方星快速研制与测试的需求。     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。     

空间望远镜可展开次镜支撑桁架综述

为了获取更高的分辨率,空间望远镜系统的尺寸变得越来越大,以至于这些光学仪器无法装入现存运载器的内包络。采用可展开结构或分瓣式光学元件是克服内包络限制的一种有效手段,目前,国际上许多航天型号任务正积极采用这样的设计方案。与传统光学系统不同的是,可展开光学系统将依赖于展开机构的重复性和可靠性,以及多光学元件的主动共相来满足光学系统的成像需求。可展开次镜支撑桁架是可展开光学系统的重要组成部分,其展开精度直接影响光学系统的性能。为了了解该类展开机构的发展现状,文章对可展开望远镜系统进行了充分的调研与分析,从结构形式、展开机构、驱动方式等角度讨论了几种典型的可展开次镜支撑桁架的特点,并对其中的关键技术,如铰链的非线性特性抑制技术、高重复性和稳定性在轨展开锁定技术及地面重力卸载技术等进行了分析与总结。最后归纳了可展开次镜支撑桁架的一些设计原则。     

空间光学遥感器的主镜展开机构

采用分块可展开成像系统是空间光学遥感器实现大口径甚高分辨率的有效途径,主镜展开机构是分块可展开成像系统的关键部分之一。对空间光学遥感器主镜展开机构进行了大致分类,分析了几种典型主镜展开机构的组成、工作原理和特点。从结构形式、驱动方式、展开/锁定机构和理论研究等方面阐述了主镜展开机构的发展趋势,分析了国内发展主镜展开机构的主要技术难点,提出了这些技术难点的解决思路。     

大型星载天线桁架式可折展机构的模态分析

大型空间抛物柱面星载天线具有口径大、约束弱、刚度低、质量小等特点,其机构的空间稳定性直接决定天线的使用寿命和信息传输的可靠性。为准确获得大型空间星载天线在轨稳定性能参数,依据星载天线的高精度和长寿命的设计需求,提出一种新型抛物柱面星载天线结构形式,利用有限元仿真对该新型星载天线作模态分析,并分析相关参数。结果表明:采用Al7075材料的新型抛物柱面星载天线基频满足设计要求。同时,增加上下支杆和上下斜撑杆的截面尺寸可有效提高天线结构的固有频率。该研究为我国大型抛物柱面星载天线设计提供了理论支撑和技术参考。     

Characterization of Lithium-Polymer batteries for CubeSat applications

With the development of several key technologies, nanosatellites are emerging as important vehicles for carrying out technology demonstrations and space science research. Nanosatellites are attractive for several reasons, the most important being that they do not involve the prohibitive costs of a conventional satellite launch. One key enabling technology is in the area of battery technology. In this paper, we focus on the characterization of battery technologies suitable for nanosatellites.Several battery chemistries are examined in order to find a type suitable for typical nanosatellite missions. As a baseline mission, we examine York University's 1U CubeSat mission for its power budget and power requirements. Several types of commercially available batteries are examined for their applicability to CubeSat missions. We also describe the procedures and results from a series of environmental tests for a set of Lithium Polymer batteries from two manufacturers.     

采用太阳电池阵和储能飞轮的电源系统设计与分析

飞轮储能装置具有比能量高、寿命长、任务期内无衰减等优点,可替代航天器中传统的化学储能装置。为论证太阳电池阵-储能飞轮电源系统的可行性,本文从航天器总体设计的角度分析了其关键设计要素,论述了其对航天器机、电、热等方面的影响,并给出提高系统可行性的合理化建议,以及针对低轨卫星的太阳电池阵-储能飞轮电源系统的设计举例。通过与传统电源系统的技术指标对比分析,表明太阳电池阵-储能飞轮电源系统具有较高的比功率,并在降低航天器质量、节约发射成本方面具有很大优势,在未来航天器的应用中具有很大的潜力。     

二级摇摆伺服机构供电系统可靠性分析

某型二级摇摆伺服机构要求在地面热试车全过程中由试验台提供稳定可靠的直流电源,原二级摇摆伺服机构供电系统为单一的整流器供电模式,试验过程完全依赖市电进行转换,没有任何其他保障措施,可靠性受到很大影响.为此,提出2种供电方案,通过比较分析系统的可靠性和可能发生的故障,最终选择了整流器和电池组相配合的供电方式.试验测试性能结果表明：这种供电方式完全满足试车任务的需求并具有较高的可靠性.     

立方体纳卫星的发展及其启示

介绍了立方体纳卫星的发展概况;对“震动卫星”、Cute系列、“加拿大先进纳太空实验”卫星和Coral卫星平台等典型项目进行了分析,重点对立方体纳卫星的任务、姿态与轨道控制、电源系统、通信系统、星载综合电子和可靠性等方面进行了总结。结合立方体纳卫星快速发展的原因,提出了以下建议：结合在轨服务、深空探测和新技术空间飞行演示试验等应用需求,发展微电子技术、微机电系统技术的航天应用、微卫星平台技术和标准化辅载荷发射接口技术。     

Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design

CubeSats and small satellites have potential to provide means to explore space and to perform science in a more affordable way. As the goals for these spacecraft become more ambitious in space exploration, moving from Low Earth Orbit (LEO) to Geostationary Earth Orbit (GEO) or further, the communication systems currently implemented will not be able to support those missions. One of the bottlenecks in small spacecraft communication systems is represented by antennas' size, due to the close relation between antenna gain and dimensions. Current antennas for CubeSats are mostly dipole or patch antennas with limited gain. Deployable (not inflatable) antennas for CubeSats are currently being investigated, but these solutions are affected by the challenge of packaging the whole deployable structure in a small spacecraft.The work that we propose represents the first attempt to develop an inflatable antenna for CubeSats. Inflatable structures and antennas can be packaged efficiently occupying a small amount of space, and they can provide, once deployed, large dish dimension and correspondent gain. Inflatable antennas have been previously tested in space (Inflatable Antenna Experiment, STS-77). However they have never been developed for small spacecraft such as CubeSats, where the packaging efficiency, the deployment, and the inflation represent a challenge.Our study explores for the first time the possibility of developing such antenna in a way compatible with CubeSat dimensions and constraints. The research provides answers on the possible dimensions for an inflatable antenna for small satellites, on the gain and resolution that can be achieved, and on the deployment and inflation mechanism compatible with CubeSat. Future work in the development of the antenna will include the test of the antenna in flight during a specific technical demonstration mission.The article is structured as follows: context and motivation for Cubesat inflatable antenna are described; then a study to design the antenna which achieves the required performance metrics, while respecting the constraints imposed by CubeSat structure, is presented.     

嫦娥五号探测器供配电系统设计与验证

结合嫦娥五号探测器主要任务特点,简要介绍了多器供配电系统的功能需求、多器联合供电方案设计,并通过能量平衡仿真分析、多母线融合控制等关键技术,解决了嫦娥五号探测器在复杂空间环境下多任务、多模式的高可靠轻小型化供配电系统设计难题。在轨飞行试验结果表明:供配电系统功能正常、工作可靠、性能优良。提出的嫦娥五号探测器多器组合一体化供配电系统分析与设计方法,满足并确保了月面无人自动采样返回任务可靠实现,可为未来探月工程及其它深空探测领域供配电系统设计提供参考和借鉴。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题，提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS)，并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先，推导太阳电池阵列的数学模型，并根据太阳电池阵列的工作特性，提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次，设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法，并进行了数学仿真校验。最后，对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明，电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验，在轨数据表明电源系统工作状态良好，为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

Early commercial demonstration of space solar power using ultra-lightweight arrays

Space solar power shows great promise for future energy sources worldwide. Most central power stations operate with power capacity of 1000 MW or greater. Due to launch size limitations and specific power of current, rigid solar arrays, the largest solar arrays that have flown in space are around 50 kW. Thin-film arrays offer the promise of much higher specific power and deployment of array sizes up to several MW with current launch vehicles. An approach to early commercial applications for space solar power to distribute power to charge hand-held, mobile battery systems by wireless power transmission (WPT) from thin-film solar arrays in quasi-stationary orbits will be presented. Four key elements to this prototype will be discussed: (1) Space and near-space testing of prototype wireless power transmission by laser and microwave components including WPT space to space and WPT space to near-space HAA transmission demonstrations; (2) distributed power source for recharging hand-held batteries by wireless power transmission from MW space solar power systems; (3) use of quasi-geostationary satellites to generate electricity and distribute it to targeted areas; and (4) architecture and technology for ultra-lightweight thin-film solar arrays with specific energy exceeding 1 kW/kg. This approach would yield flight demonstration of space solar power and wireless power transmission of 1.2 MW. This prototype system will be described, and a roadmap will be presented that will lead to still higher power levels.     

空间飞行器展开与驱动机构研究进展

空间飞行器展开与驱动机构是空间飞行器机构领域的一个重要组成部分。随着我国航天技术的发展，该项技术有了长足进步，对其设计方法和具体工程问题的研究也日渐深入。本文概述了空间飞行器机构的分类与构成，对展开与驱动机构的国内外研究概况进行了分析。结合工程应用，提出了在系统任务分析与设计中的力矩（力）裕度、精度分配、机构非线性、阻尼控制、热匹配、空间润滑、可靠性分析与试验七个典型工程问题。对这些问题逐一分析了其性质、作用及其对系统的影响，探讨了其研究内容和研究方向。展望了我国空间飞行器展开与驱动机构的发展前景。