归因于空间环境的航天器故障与异常

天然空间环境对航天器设计、研制和运行的影响是NASA马歇尔空间飞行中心系统分析和集成实验室电磁与航空宇宙环境部组织编写的一系列NASA RP报告的主题。其中,NASA RP-1390详细概述了天然空间环境7个主要环境因素,包括它们的简单定义、相关的型号计划事项以及对各种航天器分系统的影响。该报告提供100多个从1974～1994年间发生的归因于天然空间环境的航天器故障和异常的案例,统计分析天然空间环境及其对航天器的影响。文章是对这篇报告的介绍与点评。     

NASA空间环境及效应(SEE)计划进展

文章介绍了NASA在1993年提出的空间环境及效应(下称SEE)计划,其目的是明确空间环境的定义,为设计、研制能适应严酷空间环境效应的航天器系统并使其正常运行提供技术支持.该计划包括认识空间环境、飞行试验和地面试验技术的优化、更新空间环境及其效应的预测模型、保存信息并将之纳入航天器的设计流程等方面.文章描述了SEE计划目前已取得的成就和未来的打算.     

空间环境对航天器影响的统计分析

概括介绍了空间环境的九个主要区域,归纳了它们对航天器各系统的影响。对114例各类环境造成的航天器失效和异常进行了统计分析,在此基础上对引起航天器失效、异常较多的四类空间环境进行了具体分析。     

航天器质量特性测试技术新进展

航天器质量特性测试提供航天器轨道控制和姿态控制所需的质量特性参数,同时验证航天器结构和布局设计的合理性,为持续改进提供依据,在航天器的研制中占有重要地位.文章在对国内和欧美等航天发达国家航天器质量特性测试技术深入调研的基础上,阐述了国内外航天器质量特性技术的进展情况,重点分析了NASA哥达德空间飞行中心和欧空局下属法国...     

美研究清除空间垃圾新技术

目前,空间垃圾已经对人类外层空间活动构成了很大的威胁(见本刊1991年第三期)。据最近提供的空间垃圾数据来看,空间环境比过去恶劣得多。空间垃圾将对航天飞机和美国自由号空间站一类的航天器造成灾难性的损坏。 美国NASA进行的研究表明,如果航天器不采取新的保护措施,90年代航天器与空间垃圾碰撞的可能性将超过现有的安全限度。火箭爆炸产生的碎片、漆片和使用后的固体推进剂碎片一类的空间垃圾威胁着低地轨道卫星的安全运行。 据估计,自由号空间站在其     

微小碎片对航天器舷窗玻璃损伤状况的跟踪研究

空间微小碎片环境比较复杂,其来源包括人为产生的碎片及微流星体。空间微小碎片不仅速度较高,而且数量庞大。它们频繁撞击航天器外表面,包括舷窗部位,特别是对航天飞机舷窗已造成巨大危害,使长期服役的国际空间站舷窗玻璃存在安全隐患。文章简要介绍了空间微小碎片对航天飞机和空间站舷窗玻璃的损伤状况,以及NASA对此做出的改进措施,这些跟踪研究成果可为我国长寿命、高可靠航天器舷窗结构设计提供参考依据。     

空间次生环境研究及探测方法概述

文章基于空间次生环境及其效应定义,分别结合不同次生环境阐述了国内外在磁场作用下带电粒子对航天器的影响、航天器非金属材料出气的影响、航天器与空间等离子体相互作用影响、航天器发动机羽流效应和航天器舱内电子环境及效应等的研究状况,并有针对性地开展了典型的发动机羽流效应、放电监测系统和航天器自身磁场分布探测研究。     

海运及沿海发射期间航天产品的腐蚀风险与应对策略

海南发射场投入运行在即,在此发射的航天器在海运和发射场期间将面临着腐蚀的风险。文章对比了海南发射场与酒泉、西昌、太原等内陆发射场的腐蚀环境差异,例举了NASA肯尼迪航天中心在海运和发射场期间航天产品的腐蚀案例,分析了我国未来航天器在海运和海南发射场期间的腐蚀风险,并根据NASA、ESA对沿海发射场航天器腐蚀的应对策略,提出了相应的防腐蚀建议与措施。     

航天器在轨故障与空间环境的关系

空间环境对航天器的在轨工作性能和可靠性有很大影响,文章就近几年发生的航天器在轨故障情况作了介绍,对一些故障事例进行了分析.同时指出了加强空间环境及其效应研究的重要性和需采取的对策.     

空天瞭望

NASA投资论证远景航天技术NASA8月8日签发了30项价值各10万美元的论证合同,以在称为NASA创新型先进方案(NIAC)计划下支持开展为期一年的论证研究,涉及新型飞船供电技术、宇航员辐射防护和空间垃圾治理方法等。未来宇航服、月球移民计划和可打印航天器只是这些非凡设想的几个例子。NASA首席技术官办公室初级创新分部主任帕里希说,这些新设想有些不合常     

航天器力学环境分析与条件设计研究进展

航天器力学环境条件是航天器及其部组件设计和地面试验验证的主要依据,直接影响着航天器的总体设计水平。随着我国航天事业的飞速发展,对航天器及其有效载荷的设计提出了越来越高的要求,而力学环境分析与条件设计技术已经成为制约我国航天器荷载比提高的瓶颈技术。本文重点针对航天器力学环境分析与条件设计技术所涉及的航天器力学环境预示理论方法,高精度有限元建模与模型修正技术以及航天器力学环境条件设计技术三个方面国内外研究进展进行了回顾,特别是对近五年来我国航天工业部门在航天器力学环境分析与条件设计领域取得的成就进行了综合评述。在此基础上,结合我国航天工程的实际需求,分析指出了今后在航天器力学环境分析与条件设计领域的主要研究方向。     

基于不同模型的固体火箭发动机喷射物熔渣特性分析

固体火箭发动机喷射物中的熔渣是航天器防护和空间碎片风险评估关注的对象之一。文章首先介绍国外熔渣建模试验数据及理论模型,主要有NASA熔渣模型、MASTER2005熔渣子模型（以下简称MASTER模型）和麻省理工大学林肯实验室的MIT/LL熔渣模型;再利用NASA和MASTER模型分析熔渣尺寸-数量和质量特性。MASTER模型给出的熔渣数量和质量均低于NASA模型;且MASTER模型认为约91.8%的熔渣尺寸处于25～200 mm区间;尺寸大于250 mm的熔渣质量占熔渣总质量的88%,但其数量只占熔渣总数量的6.3%。以上研究结果为进一步分析熔渣对空间碎片环境的影响奠定了基础,对我国自主开展熔渣模型研究也有一定的参考价值。     

Optimization of space system development resources

NASA has had a decades-long problem with cost growth during the development of space science missions. Numerous agency-sponsored studies have produced average mission level cost growths ranging from 23% to 77%.A new study of 26 historical NASA Science instrument set developments using expert judgment to reallocate key development resources has an average cost growth of 73.77%. Twice in history, a barter-based mechanism has been used to reallocate key development resources during instrument development. The mean instrument set development cost growth was −1.55%. Performing a bivariate inference on the means of these two distributions, there is statistical evidence to support the claim that using a barter-based mechanism to reallocate key instrument development resources will result in a lower expected cost growth than using the expert judgment approach.Agent-based discrete event simulation is the natural way to model a trade environment. A NetLogo agent-based barter-based simulation of science instrument development was created. The agent-based model was validated against the Cassini historical example, as the starting and ending instrument development conditions are available. The resulting validated agent-based barter-based science instrument resource reallocation simulation was used to perform 300 instrument development simulations, using barter to reallocate development resources. The mean cost growth was −3.365%. A bivariate inference on the means was performed to determine that additional significant statistical evidence exists to support a claim that using barter-based resource reallocation will result in lower expected cost growth, with respect to the historical expert judgment approach.Barter-based key development resource reallocation should work on spacecraft development as well as it has worked on instrument development. A new study of 28 historical NASA science spacecraft developments has an average cost growth of 46.04%. As barter-based key development resource reallocation has never been tried in a spacecraft development, no historical results exist, and a simulation of using that approach must be developed. The instrument development simulation should be modified to account for spacecraft development market participant differences. The resulting agent-based barter-based spacecraft resource reallocation simulation would then be used to determine if significant statistical evidence exists to prove a claim that using barter-based resource reallocation will result in lower expected cost growth.     

绳系卫星系统交会对接的应用与设计

文章介绍了绳系系统交会对接这项新技术在空间中的应用。主要包括:空间站利用系绳与航天器交会对接,实现为空间站提供各种供给;利用绳系系统与空间碎片对接,可回收或转移空间碎片,保护空间环境;利用一级或多级的绳系系统组成轨道转移系统,实现向地球同步轨道或火星轨道上转移和运送有效载荷。文章还介绍了绳系交会对接系统的设计,包括系统的一般控制方法和算法以及系统的结构设计。随着各项相关技术的发展,绳系卫星系统交会对接将发挥更大作用。     

国外航天软件故障原因分析

介绍了包括阿里安-5火箭、＂火星气候轨道器＂、＂火星极地着陆器＂在内的几个国外航天器和运载器发生的在轨故障,并从技术和管理方面分析了这些故障中与软件相关的原因。针对技术方面,分析了国外航天软件研制过程中在软件需求分析、软件复杂度、软件重用、软件安全性设计准则、质量保证及评审、系统安全性设计、测试及仿真环境缺陷等方面存在的问题;针对管理方面,分析了责任和权力划分、沟通渠道等方面存在的问题。文章最后给出了美国国家航空航天局专家针对这些问题提出的改进建议,提出了针对我国航天软件研制过程的启示和建议,如加强团队之间的沟通,提高评审效率。     

Benefits and risks of using electrodynamic tethers to de-orbit spacecraft

By using electrodynamic drag to greatly increase the orbital decay rate, an electrodynamic space tether can remove spent or dysfunctional spacecraft from low Earth orbit (LEO) rapidly and safely. Moreover, the low mass requirements of such tether devices make them highly advantageous compared to conventional rocket-based de-orbit systems. However, a tether system is much more vulnerable to space debris impacts than a typical spacecraft and its design must be proved to be safe up to a certain confidence level before being adopted for potential applications. To assess space debris related concerns, in March 2001 a new task (Action Item 19.1) on the “Potential Benefits and Risks of Using Electrodynamic Tethers for End-of-life De-orbit of LEO Spacecraft” was defined by the Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC). Two tests were proposed to compute the fatal impact rate of meteoroids and orbital debris on space tethers in circular orbits, at different altitudes and inclinations, as a function of the tether diameter to assess the survival probability of an electrodynamic tether system during typical de-orbiting missions. IADC members from three agencies, the Italian Space Agency (ASI), the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) and the US National Aeronautics and Space Administration (NASA), participated in the study and different computational approaches were specifically developed within the framework of the IADC task. This paper summarizes the content of the IADC AI 19.1 Final Report. In particular, it introduces the potential benefits and risks of using tethers in space, it describes the assumptions made in the study plan, it compares and discusses the results obtained by ASI, JAXA and NASA for the two tests proposed. Some general conclusions and recommendations are finally extrapolated from this massive and intensive piece of research.