主结构与贮箱共承力航天器推进平台设计

航天器推进平台轻量化设计是提升航天器任务效率和优化系统性能的重要突破口。目前,通用推进平台的贮箱极少参与推进平台承载,推进平台需要通过辅助承力构件将贮箱载荷传递至主结构,降低了推进平台的承载效率。为此提出了一种主结构与贮箱共承力的推进平台构型,新研表面张力贮箱通过嵌入安装的方式安装在承力筒侧壁,并通过对承力筒主结构开展变刚度设计,实现对贮箱承载量级的合理控制。以某卫星型号的研制需求为例,基于Nastran软件对其推进平台的结构设计参数进行了优化设计,并开展仿真分析和试验验证。研究结果表明,主结构与贮箱共承力推进平台力学性能与通用推进平台相当,但推进平台干重占比可降至13.6%,可有效提升推进平台的整体效率。研究结果可作为大型航天器推进平台设计参考。     

用于深空探测的大承载高燃重比薄壁贮箱一体化结构设计

针对某空间科学探测器采用木星借力方式进入太阳极轨,若采用CZ-5运载火箭与上面级组合发射,探测器允许质量无法满足有效载荷需求的情况,为确保探测器质量可达1 350kg,创新提出大承载高燃重比薄壁贮箱一体化结构设计。先确定贮箱构型为6只球形贮箱焊接形成六边形整体。再通过分析承力杆内倾角、数量、是否贯穿贮箱内部等因素对承力效果的影响,确定承力杆最佳构型为正八边形构型,承力杆内倾25°,电子仪器贮箱各自与2根承力杆连接,内部贯穿;推进剂贮箱对应的承力杆不贯穿,变为贮箱上下两端的接头。既有贮箱组合承力,又有杆件集中承力。对整器的模态分析和一体化球形贮箱的静力分析表明均满足结构强度要求。燃重比从传统推进结构的12.5提高至20.7,增幅为65.6%,满足木星、太阳等深空探测任务变轨携带大量推进剂的需求。     

一种承力式表面张力贮箱

卫星平台总体结构的要求是自身重量轻,承载能力强,与推进剂燃料贮箱是相同的,如果能把推进剂燃料贮箱作为卫星平台的结构承力件使用,无疑会使卫星平台的结构重量减轻.为此,提出一种卫星平台承力结构件的表面张力贮箱方案.针对采用承力式表面张力贮箱的卫星平台承力结构方案进行了基本的受力分析.通过实例计算证明了承力式表面张力贮箱的适用性.     

环境减灾-1A、1B卫星总体构型布局设计与优化

给出环境减灾-1A、1B卫星构型布局设计的技术需求,在继承海洋-1卫星平台设计的基础上,针对两颗星有效载荷以及亚太合作Ka频段通信试验分系统的特点,在不改变主承力结构的前提下,充分利用有限可变条件,对结构尺寸、太阳翼安装、贮箱安装、Ka频段板设计以及Ka频段天线布局等做了合理设计,提高了整星装填密度,对同类小卫星的构型布局设计具有借鉴作用.     

基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。     

第二代表面张力贮箱的研究与应用进展

为了对国外新型卫星推进剂贮箱的研究动态进行跟踪，对第二代表面张力贮箱的研究与应用进展做了阐述。首先对比了不同类型推进剂贮箱的特点，在此基础上，从试验研究、数值模拟和实际应用三个角度对第：二代表面张力贮箱——以板式结构为主的表面张力贮箱的发展做了综述。研究表明，国际上已经对第二代表面张力贮箱的性能做了大量的数值模拟和搭载试验，如今第二代表面张力贮箱已经成为当今国际大型卫星推进剂贮箱的主流。这为新型卫星推进剂贮箱的研究指明方向并提供有价值的参考。     

大型充液卫星贮箱‘正反装’情况下的特性研究

本文详细地描述了带有中心承力式双元大贮箱的大型充液卫星的液体晃动摆与卫星耦合的动力学模型;用传递函数零极点法定性地分析了控制系统的稳定性,按照实际工程设计方法考虑了晃动模型参数允差,具体地比较了贮箱‘正反装’情况下控制系统最坏允差组合时的稳定裕度和动态性能,研究了贮箱‘正反装’情况下的星箭匹配问题。研究结果表明,在控制系统稳定性方面,‘正装’、‘反装’不相上下,在星箭匹配和控制系统动态性能方面,‘正装’优于‘反装’,从而证明了选择‘正装’的合理性和必要性。     

静止轨道实孔径微波载荷卫星构型方案研究

静止轨道实孔径微波载荷可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测，是台风、流域性强降水等致灾天气预报的重要手段。由于技术难度和研制经费等原因，世界上尚无在轨应用的先例。针对实孔径微波载荷系统集成度高、机械尺寸和跨距大，以及静止轨道卫星需要携带大容量燃料贮箱的问题，从准光学系统内嵌卫星平台、三贮箱平铺和天线统筹布局等3个总体系统层面，提出实孔径微波载荷与平台一体化构型，并研制了卫星结构星和载荷工程样机。通过地面试验验证了该构型方案，为静止轨道微波探测卫星研制打下了坚实的基础，也可为后续卫星提供借鉴。     

卫星贮箱故障时液体燃料运动特性仿真分析

不少在轨卫星都使用半管理液体燃料贮箱,贮箱内的液体收集器上安装有表面筛网,可阻止贮箱内气体在发动机工作时通过收集器进入到液体燃料管路中.文章假设卫星液体燃料贮箱的底部收集器出现故障,无法阻止气体进入发动机管路.为确保卫星正常在轨运行,利用计算流体动力学数值仿真方法,对液体燃料贮箱在卫星姿态控制发动机工作时的运动规律进行...     

卫星结构的拓扑优化与灵敏度分析

在已知某卫星主承力结构的空间大小、约束及载荷条件的情况下，通过对一连续体进行拓扑优化得出主承力结构的最优结构形式。并在此基础上对卫星上十五个结构参数进行了灵敏度分析和尺寸优化，计算结果证明由连续体通过拓扑优化得到桁架结构的最优拓扑是可行的，若再结合灵敏度分析及尺寸优化，可以大幅度减轻卫星结构重量，改善卫星结构的动力特性。     

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。     

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。     

遥感卫星平台与载荷一体化构型

随着遥感卫星制造技术的不断提高,高精度、高敏捷性、低成本遥感卫星的需求日益强烈。平台与载荷一体化设计是未来高精度、高敏捷性、低成本遥感卫星发展的重要方向之一,平台与载荷一体化构型设计是平台与载荷一体化遥感卫星的关键。目前已有多颗平台与载荷一体化构型的遥感卫星在轨飞行,中国尚处于起步阶段。文章分析了平台与载荷一体化设计的遥感卫星构型;从提高图像定位精度、降低卫星质量、降低建造成本等方面,分析了平台与载荷一体化构型的优势;对载荷设计需具有整星级优化理念、载荷需提供多种接口、平台与载荷间具有强耦合关系等一体化构型的特点进行了总结;给出了一体化构型的建议,如整星形状设计、主承力结构设计、大型部件布局等。     

基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计

针对大口径高分辨率相机对卫星平台结构、安装包络、振动环境等方面的要求,提出了一种基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计与分析方法。通过在卫星平台与载荷安装基板之间的一体化结构中增加柔性连接单元,利用系统刚度和能量耦合的原理对一体化结构平台的系统性能进行设计和仿真分析,并在此基础上,开展了平台载荷一体化结构地面模拟试验研究。结果表明：文章提出的基于微振动隔离技术的平台载荷一体化设计在满足载荷安装要求的同时,还能够将卫星平台传递至载荷基板的振动响应衰减80%以上,从而有效地确保载荷的主要性能。     

大型平铺贮箱卫星的液体晃动模型与晃动力矩分析

针对高轨气象卫星的远地点发动机点火过程中贮箱内液体晃动与星体耦合动力学问题,根据流体力学及小幅液体晃动理论,建立可等效的液体晃动力学模型和姿态耦合动力学模型,分析了大型平铺贮箱内液体晃动产生的干扰力矩。研究表明：在远地点发动机点火阶段,液体晃动对卫星将产生较大干扰力矩。     

WorldView系列卫星设计状态分析与启示

WorldView 系列卫星是目前世界商业卫星中分辨率较高的光学遥感卫星。文章从卫星总体设计角度介绍了WorldView 系列卫星技术指标,分析了卫星敏捷机动工作能力、构形布局设计、平台和载荷一体化设计和微振动抑制设计等,梳理出国外先进遥感卫星的发展趋势,以此为基础提出了对我国新一代光学遥感卫星的设计启示。     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

动量轮微振动扰振频谱对三反同轴相机的影响

随着遥感卫星分辨率的不断提高,动量轮扰振对遥感成像的影响逐渐成为卫星总体设计时需要关注的问题。目前对动量轮微振动的研究多侧重于时域分析,经常把卫星平台和载荷分立开来单独研究。鉴于平台和相机之间具有耦合作用,分立研究会带来较大误差。动量轮的输出响应并不是一个单一频率的时域信号,不同频谱对相机的影响不同,频谱分析往往更能反映问题。文章联合卫星平台和相机进行整星建模,分析了微振动扰振从动量轮处传递到相机光学元件的频谱特征,得到动量轮扰振不同频谱对相机造成的具体影响。分析结果显示,低于相机基频的动量轮扰振频谱造成相机光轴晃动,相机特征频率区间的扰振频谱不仅会放大光轴晃动,还会造成相机内部的光学元件光轴不一致。最后文章定量计算比较了这两种影响带来的MTF下降。     

基于材料优化设计的某卫星结构热变形控制

为在不改变结构形式和卫星构型的前提下减小某卫星有效载荷安装界面热变形,用有限元法分析了初始方案的变形及其原因,通过材料优化设计确定了新的设计方案。经在轨飞行试验验证,新方案的热变形控制方法的热变形满足指标要求。