微小卫星用脉冲等离子体推力器电源处理单元设计

近年来,随着微纳米技术的迅速发展,以及星上探测器、数据处理和传输设备日趋小型化,使微小卫星的研究和应用成为航天技术发展的一股新潮流。针对应用于体积和功率有限的微小卫星的电推进系统,以脉冲等离子体推力器为研究对象,介绍了电源处理单元的组成和功能。为进一步提高脉冲等离子体推力器点火的可靠性和使用寿命,设计了应用于微小卫星电推进系统的脉冲等离子体推力器电源处理单元,并对整个电源处理单元的稳定可靠性进行研究。结果表明,充电电源采用恒功率充电方式,在母线电压6.8 V条件下,以5 W的输入功率可将储能电容器恒功率充电致1600 V;放电点火电路采用LC振荡电路,减小了开关器件的电流应力,在输入电压800 V时,点火电流的峰值可高达100～150 A,这种大电流放电有助于清除火花塞表面的积碳,增加了点火的可靠性。     

微小卫星液化气推进技术

为满足微小卫星推进系统轻质、小型化和低成本的要求，推荐了以氨为推进剂的液化气推进系统，它既保持冷气推进系统结构简单的优点，又克服了冷气推进剂贮苎存体积大的缺点。分析结果表明，以氨为推进剂的液化气推进系统具有多种优点，是微小卫星理想的推进系统。     

光敏推进剂激光烧蚀过程建模与仿真

相较于传统大卫星,微小卫星具有结构紧凑、质量轻便和成本低廉的特点。然而,受功率和质量负载的限制,微小卫星一般不装备推进系统,其航线也局限于近地轨道。为扩展微小卫星的功能,满足日益复杂的任务需求,需给其配备合适的微推进系统。固体推进系统具有结构简单、寿命长、可靠性高的优点,但无法重复启动。为得到可重复启动的固体微推进系统,设计了一种非自持燃烧的光敏推进剂,采用激光控制其燃烧。在背压为大气压的环境下,利用高速摄像机拍摄燃烧过程并记录燃速。之后,对光敏推进剂的激光烧蚀过程进行建模。分析结果表明:激光可控制光敏推进剂的燃烧,燃速与激光强度成线性关系;该光敏推进剂的最小激光点火强度为0.28 W/mm~2;燃速计算值与实测值的误差在10%以内,证明该数学模型具备工程应用价值。     

基于微机电系统的微推进发展新趋势

纳皮型卫星和卫星编队飞行的发展,对星上推进系统提出了更高的要求,基于微机电系统(MEMS)技术的微型推进系统以此为契机迅速发展起来。基于MEMS技术的微推进除了具有成本低、体积小、质量轻等优点之外,还具有很高的集成度。它利用MEMS加工技术,能将推进系统的推进剂、贮箱、喷嘴、阀门、推进剂进给系统,以及某些微传感器和执行器,甚至控制电路都集成在一个或几个硅片上,再通过键合等微连接装配技术将这些MEMS器件组装在一起,形成功能完善、稳定性高的集成微推进系统。目前国内外对集成式微推进的相关研究大部分都处于设计和试验阶段。随着MEMS技术的不断发展和进步,集成式微推进技术将日趋成熟,并最终广泛应用于微小卫星领域。     

基于UKF的微小卫星姿态确定方法研究

围绕某日-地空间环境组网探测系统中三轴稳定微小卫星定姿分系统的设计需求,基于陀螺、太阳敏感器、磁强计和星敏感器4种敏感器,研究了微小卫星在速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日对地定向及维持模式、试验模式下的系统建模方法,以及基于Unscented卡尔曼滤波(UKF)的组合定姿方法。数值仿真结果表明,本文定姿方法的姿态确定精度满足该系统中三轴稳定微小卫星在轨运行的定姿精度要求,为该微小卫星半物理仿真系统的研究及其在轨运行时的姿态确定提供了依据。     

适用于微纳卫星的微型电推进技术研究进展

微型电推进技术具备体积小、质量轻、功耗低、比冲高等特点,是微纳卫星最合适的动力技术。结合微纳卫星对微型电推进系统的技术需求,综述了微型离子推力器、低功率霍尔推力器、场致发射电推力器、离子液体电喷雾推力器、真空电弧推力器、脉冲等离子体推力器等六种典型微型电推力器的工作机理、性能参数范围及研究和应用现状,分析了气体工质电离、液体工质电喷雾、固体工质烧蚀等三种电离机制的微型电推力器的技术特点。结果表明:气体电离模式技术较成熟、寿命长,缺点是系统相对复杂、低功率工作时效率大幅下降,故建议应用于微卫星动力系统;液体电喷雾模式结构简单,效率高,微纳卫星均可应用,但性能一致性和长寿命工作特性需要进一步考核验证;固体烧蚀模式结构最简单,微纳卫星均可应用,缺点是效率低。研究结果可为微纳卫星推进系统方案的优选提供参考。     

闪蒸射流推进的应用

过热液体在低气压(低于其饱和蒸汽压)环境下,会发生剧烈的蒸发,即过热液体的闪蒸现象。利用这一特性,当过热液体通过喷嘴喷射到真空环境时,便会发生闪蒸射流,其中部分液体发生剧烈的汽化,并以高速分离,产生反作用力,从而实现喷气推进。利用闪蒸射流特性的推进方案成功地应用于某伴飞卫星的推进系统中,实现了卫星伴随飞行的目标,取得了良好的结果。     

国外空间推进技术现状和发展趋势

空间推进技术通常可分为常规化学推进、电推进、微推进和新型推进4大类。常规化学推进是目前航天器的主要推进方式,性能继续提升。电推进已成功证明其优势和可靠性,在各种卫星和深空探测器上大量应用,且朝更宽泛功率的方向发展。蓬勃发展的微小卫星对微小推力、小质量、低功耗的微推进提出了迫切需求。无毒化学推进、太阳帆推进、核推进等新型推进技术正在加紧研制或进行空间飞行试验。首先综述国外卫星和深空探测器等航天器的各类空间推进技术应用和研究现状,然后分析其发展趋势,最后提出对我国空间推进技术的发展建议。     

应用双层集总参数法的微小卫星简化热分析方法

针对微小卫星方案设计阶段热分析的需求,提出了一种简化热分析方法,适用于热耦合性较好的微小卫星热分析。该方法将卫星的温度分析分为稳态温度水平分析和温变幅度分析两方面,可实现小时级的热分析且结果准确。经对比某微小卫星的简化分析结果与基于物理模型的全数字仿真分析以及热平衡试验,结果表明:简化分析计算结果偏差小于3℃,满足工程计算需求,能够真实反映卫星的温度水平,可应用于微小卫星方案阶段的热设计。     

小卫星真空检漏设备研制

文章介绍了用于小卫星真空检漏而研制的一套真空检漏设备。包括真空容器的设计、真空系统的设计、真空测量的配置、以及真空捡漏系统和四极质谱计的应用。通过设备的调试和对两颗卫星的推进系统的测试,表明设备满足设计要求。     

卫星真空热试验数据库的设计与实现

真空热试验数据库是卫星环境工程数据库的一个重要组成部分。文章介绍了卫星真空热试验数据库的设计方法,首次实现了环境试验数据的实时在线录入和响应。文中给出了卫星真空热试验数据库的需求分析、总体设计框架和模块结构设计,以及多元化分析整体设计过程。该数据库现已应用于卫星真空热试验中,使得实时在线访问远程数据得以实现,同时为虚拟试验研究工作提供数据基础平台。     

卫星导航应用——IT产业新亮点

卫星导航是一种利用空间卫星在任何时间向全球或区域任何地方提供三维位置、速度和时间的信息服务系统,可广泛应用于军事和国民经济及社会生活各个方面,对保证国家安全、促进经济和社会发展具有重大意义。上世纪70年代以来,卫星导航技术及其产品在全球范围内迅速发展,逐渐成为一个国际性产业,在发达国家和地区得到广泛应用,     

低成本小卫星运载火箭商业前景广阔

正随着技术进步和思维创新,近年来全球搭载发射的微小卫星明显增多,同时大规模微小卫星计划不断涌现。受其影响,低成本小卫星运载火箭凭借快速、高频率发射和单次发射价格低的优势受到微小卫星运营商的欢迎。这是因为,考虑到微小卫星研制周期短,成本低,     

用于微小卫星的微型双稳态电磁阀

为满足微小卫星对推进系统小质量、小体积、低功耗、低成本的要求，设计了一种微型双稳态电磁阀。采用尽量缩短阀门衔铁运动行程、合理设定衔铁两端间隙、用两个线圈实现开／关控制等措施，以及新的工艺和制造技术．实现了阀门的轻质、低功耗、快响应和长寿命。试验和实际应用结果表明，该阀门完全可满足微小卫星的应用要求。     

国外卫星推进技术发展现状与未来20年发展趋势

新形势下航天技术的发展对推进技术提出了更高的要求,无论在技术的广度和深度上都是前所未有的,如15年以上静止轨道卫星和8年以上低轨道卫星对高性能长寿命推进系统的要求、电推进技术的应用、微小卫星轨道保持的应用和深空探测对先进推进技术的依赖等。本文从先进化学推进技术、电推进技术、微推进技术和新概念推进技术4个方面分析了国外卫星推进技术的发展状况,总结了未来20年卫星推进技术的发展趋势,给出了对我国今后技术发展的启示。     

LEO至HEO多阶段任务小卫星测控系统方案

针对部分需要在多种不同轨道高度和轨道类型下分阶段执行差异性工作任务的小卫星,对常规测控系统方案进行改进,提出应用于近地轨道(LEO)至高椭圆轨道(HEO)多阶段任务小卫星的测控系统方案。该方案集成度高,采用高灵敏度遥控接收,设置高/低2档发射功率,引入信道纠错编码,设置多档遥测发送速率,单独设置无合成干涉效应的大功率发射天线,采用支持"漏信号法"的高灵敏度全球导航卫星系统(GNSS)接收机等,可有效应对不同阶段星地距离大尺度变化和卫星姿态的指向变化。以中欧合作"太阳风-磁层相互作用全景成像"(SMILE)卫星为实例,验证了改进测控系统方案的可行性。改进后的测控系统方案,可应用于LEO至HEO多阶段任务的小卫星及其他航天器。     

卫星推进系统检漏多余物控制分析

卫星推进系统每个检漏阶段均需要充入气体进行检漏,充气过程是推进系统内部多余物控制的重点。文章梳理了卫星推进系统检漏充气过程多余物控制的要素,通过大量基础试验得到了详细的试验数据,在此基础上分析多余物控制的各个环节,总结出具有针对性的多余物控制方法。该研究可以广泛应用于各类航天器推进系统的多余物控制。     

微小卫星星务计算机系统的容错控制策略研究

微小卫星系统是一个可靠性要求很高的系统,需要由具有容错能力的星载计算机来控制。针对微小卫星重量、体积、功耗的限制,提出了一种微小卫星的星务计算机系统的可靠性设计方案,设计中采用双模冗余方案搭建系统的容错结构,并根据卫星的运行要求提出了适用于微小卫星的温备份方式容错控制策略,介绍了一些用于支持温备份方式容错控制策略的关键技术。通过分析在微小卫星设计中的适用情况,温备份策略从硬件开销和时间开销两个方面都有利于卫星的设计。在立体测绘微小卫星“试验卫星一号”的星务计算机系统中的应用表明,提出的可靠性设计方案能够提高小卫星的可靠性、安全性以及实时性。     

热真空试验设备复叠制冷系统

卫星部组件热真空试验设备制冷系统提供试验设备的冷黑环境。文章介绍了复叠制冷系统的工艺流程和系统组成,说明了制冷系统的性能特点。为了满足试验设备的长寿命性能,对复叠制冷系统进行了可靠性设计。复叠制冷系统可以应用于卫星部组件热真空试验设备、高低温试验箱以及医用低温箱等。     

基于COTS的高性价比微小卫星研制管理模式研究

为实现微小卫星"新、快、好、省"的核心价值,通过开拓一号卫星和脉冲星试验卫星研制实践,对基于商用现货产品(COTS)的微小卫星研制管理模式开展了深入研究,建立COTS的微小卫星通用产品体系,探索实践"设计-制造"的卫星研制流程,形成一套COTS选用、筛选和应用的产品保证方法,确保卫星型号研制进度、质量、成本和风险可控,为加速推进微小卫星产业化发展探索实践了有效的管理途径。