磁力矩器在磁洁净卫星平台中的应用技术研究

针对磁力矩器给磁洁净卫星平台带来较大磁场干扰的问题,提出磁力矩器在轨磁场干扰的评估和控制方法。按照磁力矩器产生的工作磁场、感应磁场和剩磁场的大小及特性,通过各类测试与分析研究,提出磁场干扰的控制措施,并总结出在磁洁净卫星平台的最优应用方案。结果表明磁力矩器产生的磁场干扰得到了有效控制,为工程使用解决了磁场干扰关键技术问题。     

地磁环境下卫星磁试验中的外干扰磁场控制补偿方法

针对地磁环境下外干扰磁场影响卫星磁试验精度问题,综合分析外干扰源场和卫星近场特性;通过合理布局(包括位置和方式)外干扰磁场监测传感器和卫星磁场采集传感器,增设动态磁场采集的A/D取样扫描频率循环控制、信号统计、滤波、数据拟合等信号处理功能,解决了监测传感器和采集传感器所得到的干扰信号的同步性、等效性、一致性,以及采集传感器信号中卫星真实磁场与干扰磁场之间的不相干性;实现了卫星磁试验的外干扰磁场有效闭环控制、自动跟踪、补偿和修正。通过24 h实时监测,外干扰磁场波动控制在0.5~1.0 n T范围内,获得地磁环境下卫星24 h"准零磁"环境磁试验条件,满足卫星磁试验对磁环境的技术要求。     

萤火一号火星探测器磁通门磁强计研制

对萤火一号(YH-1)火星探测器高精度磁通门磁强计研制进行了研究.介绍了磁强计的工作原理和基本构成.给出了采用的双探头梯度法、干扰磁场及低噪声信号处理等高精度空间磁场测量技术,以及磁强计传感器环境适应性设计.测试与标定结果表明:设计的磁强计在温度-140～75℃范围对±256 nT以内的空间矢量磁场进行高精度测量,分辨率达0.01 nT,带宽内总噪声小于0.03 nT,满足YH-1任务对火星空间环境磁场探测的需求.     

某型号卫星磁性分析与控制

某型号卫星的有效载荷之一高能望远镜对磁场敏感,因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境,并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力。文章根据卫星的构型,对整星的磁场分布进行了计算;对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试;对载荷的磁屏蔽方案进行了仿真与测试;分析了抗磁场干扰设计对整星磁性控制的影响,证明卫星可以满足总磁矩不大于5.0 A?m2的姿态控制要求。     

某型号卫星内部磁场分析计算

文章对某型号卫星的磁力矩器在星体内部产生的磁场进行了逐点计算,并提供了大量卫星内部磁场分布图。计算结果表明,卫星内部一些关键磁敏感部件,例如铷钟、行波管等处磁场值较大,尤其是铷钟位置影响更大一些。文中对计算结果进行分析,并给出建议。     

磁场全张量测量计算方法与误差分析

矢量磁场和磁场全张量数据是多磁源反演的数据基础。针对矢量磁场和磁场全张量的测量问题,文章提出了矩阵式矢量磁场连续扫描方法。对利用矢量磁场计算磁场全张量所用的数据结构进行了研究,应用MATLAB软件对常用的十字形和六面体两种不同数据计算结构进行了仿真分析,结果表明,两种计算结构的误差相近且均不大于10%;并分析了基线距离对磁场全张量计算的影响,结果表明,磁场全张量计算误差随着基线距离的增加而增加。     

磁净化卫星的磁场控制方法

卫星的磁净化程度对卫星探测磁场的精度起着关键的作用。文章根据国内外的经验,介绍了对有磁净化要求的卫星的磁场进行控制的办法,对我国磁净化卫星的研制有所启迪。     

磁力矩器对星外等离子体分布影响分析

文章通过计算某型号磁力矩器工作时产生的磁场,分析了等离子体在磁力矩器磁场中的运动状态,计算了电子在磁力矩器周围的密度分布。结果显示:在磁力矩器工作时,周围电子密度将增大,最大可为正常密度的10倍。密度增大的区域尺寸在轴向上略大于磁力矩器的长度,越靠近磁力矩器的两端电子密度越小,形成一个“凹陷”;径向上主要在半径小于4 m的范围内。在此区域应避免摆放对带电粒子敏感的部组件。     

卫星强磁场干扰分析

文章对IGSO/MEO卫星采用的400A·m~2的磁力矩器周围的磁场分布进行了计算分析,计算表明距400A·m~2磁力矩器头部10cm处,磁场达到6．9×10~(-3)T。同时对部组件在磁场较强的环境中可能受到的影响进行了理论分析,并利用螺线管产生的磁场对星用DC/DC模块进行了测试。测试表明,部件的磁性变化只与其所处磁场环境有关,而与时间无关。同时,变化的磁场会对部件的内阻产生一定的影响,引起输入电流的变化,该变化会对部件的寿命带来一定的影响。     

多种软磁合金及金属非晶材料的磁屏蔽性能研究

针对部分航天器组件易受磁场影响的问题,文章选取了6种目前常用的软磁合金及金属非晶材料,研究了它们对于弱磁场波动、稳恒磁场以及低频交流磁场的屏蔽效果,结果表明,材料的磁导率与矫顽力对磁屏蔽性能有较大影响,其中矫顽力与磁屏蔽性能的负相关性更好,即矫顽力越低,材料的磁屏蔽性能越好。对于测试的6种材料,铁镍合金材料与钴基非晶材料的磁屏蔽性能优于其他4种,铁镍合金材料在1 kHz以下磁屏蔽性能更佳,钴基非晶材料在50 kHz以下具有一定磁屏蔽效果。     

Magnetic dipole moment estimation and compensation for an accurate attitude control in nano-satellite missions

Nano-satellites provide space access to broader range of satellite developers and attract interests as an application of the space developments. These days several new nano-satellite missions are proposed with sophisticated objectives such as remote-sensing and observation of astronomical objects. In these advanced missions, some nano-satellites must meet strict attitude requirements for obtaining scientific data or images. For LEO nano-satellite, a magnetic attitude disturbance dominates over other environmental disturbances as a result of small moment of inertia, and this effect should be cancelled for a precise attitude control. This research focuses on how to cancel the magnetic disturbance in orbit. This paper presents a unique method to estimate and compensate the residual magnetic moment, which interacts with the geomagnetic field and causes the magnetic disturbance. An extended Kalman filter is used to estimate the magnetic disturbance. For more practical considerations of the magnetic disturbance compensation, this method has been examined in the PRISM (Pico-satellite for Remote-sensing and Innovative Space Missions). This method will be also used for a nano-astrometry satellite mission. This paper concludes that use of the magnetic disturbance estimation and compensation are useful for nano-satellites missions which require a high accurate attitude control.     

空间挠性结构的Stewart平台主动基座振动控制

研究基于Stewart平台主动基座的挠性结构振动控制。首先,建立含Stewart平台主动基座的柔性梁刚柔耦合动力学模型;随后,在模态空间上分别针对挠性结构的一阶和二阶模态设计由线性扩张状态观测器(LESO)和PD控制器组成的自抗扰控制器(ADRC);最后,基于独立模态控制(IMSC)中的模态滤波器从物理坐标中提取模态坐标,建立振动主动控制实验系统,基于模态空间的自抗扰控制方法完成挠性结构的前两阶模态振动主动控制实验。研究结果表明,利用Stewart平台作为主动基座,采用自抗扰控制方法实现挠性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在空间振动主动控制领域具有广阔的应用前景。     

基于IGRF地磁场模型的航天器地磁干扰力矩数值仿真

航天器长期在轨运行期间,空间磁场与其自身磁矩相互作用的累积,会对航天器的姿态造成较大影响,加重姿态控制系统负担,降低航天器的可靠性。文章分别针对航天器轨道计算及地磁场模型的使用,对航天器地磁干扰力矩数值的仿真进行了系统的研究,最终得到航天器在轨运行时地磁干扰力矩计算仿真方法。     

Space weather forecast: Principles of the construction and boundaries of the implementation (experience of three cycles)

All significant short-term disturbances of the near-Earth space are caused exclusively by solar flare events and regions in the solar corona with the magnetic field open into the interplanetary space (coronal holes). Flare processes occur as a consequence of the interactions of new emerging magnetic fluxes within (flares) and outside (filament ejections) the active regions with already existing magnetic fields. The observation of emerging new magnetic fluxes and the estimate of their magnitude and the emerging rate allow one to forecast solar flares and filament ejections and estimate their degree of geoeffectiveness. The main agents that visualize the propagation of disturbance from solar flares and filaments in the solar corona and the interplanetary space are coronal mass ejections, the characteristics of which ideally allow one to estimate the possible disturbance of the geomagnetic field, the possible growth of high-energy charged particle fluxes in the near-Earth space. For successful forecast of geoeffective active phenomena on the Sun and their consequences in the near-Earth space, it is necessary to know the situation on the Sun for the last 3 days taking into account the development and characteristics of the current cycle and the epoch of solar activity.     

带柔性伸杆小卫星振动控制的半物理仿真实验

在空间探测任务中,为了避免卫星平台剩磁对空间待测信息的干扰影响,需采用轻质的伸杆机构支撑各类探测载荷远离卫星本体,而伸杆的弹性振动不可避免地会耦合作用到卫星本体,从而降低卫星本体的姿态控制精度和稳定度。针对此问题,提出了一种基于伸杆最优指令整形结合本体自适应扰动抑制滤波器的复合振动控制策略,即采用指令整形技术抑制柔性伸杆的弹性振动,同时设计自适应扰动抑制滤波器进一步抵消柔性伸杆残余振动对本体的干扰影响,最后在搭建的半物理仿真实验平台上对控制方法进行了实验验证。结果表明：此方法在有效抑制柔性伸杆残余振动的基础上,通过干扰抵消和抑制的控制策略可显著提高此类航天器的姿态控制精度和稳定度。     

抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

Overview of scientific payloads onboard the KSR-III rocket

The Korea Sounding Rocket-III (KSR-III) was successfully launched on November 28, 2002 from the west coast of the Korean Peninsula. The science payload onboard the KSR-III included an ozone detector and two magnetometers along with other various sensors installed to measure physical characteristics such as temperature, pressure, strain, and acceleration. The main objective of KSR-III was to evaluate the liquid propulsion engine system which has been newly adopted in the KSR series. In addition to this main objective, the science payload conducted atmospheric soundings. The payload data were transmitted to the ground station in real time by an onboard telemetry system. The UV radiometer measured the direct solar UV radiation and during the ascending phase the vertical ozone density profile was obtained. This result was compared with coincident measurements taken by other satellites, a ground station, and an ozonesonde. A fluxgate-type magnetometer was onboard the KSR-III to observe the Earth's DC magnetic field and for AC field measurements, a search-coil magnetometer was installed. This was the first Korean mission to use magnetometers on a rocket-borne platform to measure the Earth's magnetic field. Using the telemetry magnetometer data, a study on the rocket attitude was carried out. This paper will give an overview of the design, calibration, and test results of the science payload onboard the KSR-III.     

基于旋翼无人机技术的近地磁测系统

为了提高无人机航空磁探测精度,文章利用大疆六旋翼无人机作为飞行平台,搭载三轴磁通门传感器及相应的数据采集子系统,组建了旋翼无人机磁场测量系统;分析和测量了六旋翼无人机本底磁性分布特征,优化了无磁伸杆的安装位置;采用综合系数法修正了三轴磁通门传感器的误差;最后进行了野外飞行试验,对旋翼无人机磁测系统的整体性能进行验证。结果表明,系统可持续飞行15 min,可有效完成低空磁场探测和磁矩计算,且飞行稳定性能高。文章进一步提出了技术改进方向。该研究可为无人机磁探技术和工程应用提供参考。     

一种航天器磁特征全息成像方法

为准确描述和评估航天器的磁特性,建立航天器网格化磁模型,提出航天器磁场信息成像方法。利用立体阵列扫描系统,对航天器测量面的磁场信息进行采集和计算,联合磁梯度张量的模量极值和欧拉反演法确定其内部磁源的水平位置和深度,实现航天器内部、探测面和空间磁信息的可视化分析和展示。航天器模型（格距10 cm）三点磁源试验和计算结果显示,该方法对内部磁源单方向定位偏差小于0.05 m,单方向磁矩偏差小于0.02 A?m2;空间磁场强度和磁矩误差均小于5%。该方法为快速获取类长方体形航天器的磁信息提供了一种新的工程实践手段。