用蒙特卡罗方法求解航天器的有效太阳辐照面积

文章利用蒙特卡罗射线踪迹方法,建立复杂几何构型航天器在遭受太阳辐照下辐照面积的数学模型,对KFTA小太阳模拟器内太阳光入射条件下的航天器辐照面积进行数值模拟,解决了温度场求解中太阳对航天器表面直接投射的关键问题。计算结果表明：此方法提出了求解太阳入射辐射的新思路,将原来复杂的解析过程简化为几个概率模型。     

航天器周围真空品质的计算

计算了在低轨道飞行的航天器表面附近的气体分子密度及压力分布。计算了航天器表面的放气,并得到了放气分子在表面附近的等压曲线。计算结果表明,航天器表面附近的分子密度和压力比航天器所处的环境分子密度(10~(13)/m~3)和压力(10~(-7)Pa)提高了两个数量级以上,分别达10~(16)/m~3和10~(-5)Pa。等压曲线的分布是前部较密,后部较疏。     

基于蒙特卡罗射线追踪的航天器空间环境因素暴露通量统一计算方法

航天器空间环境效应分析评估的首要条件是获取空间环境因素的暴露通量。文章分析总结了蒙特卡罗方法在原子氧、微流星体、太阳光压、气动力、辐射剂量、材料放气污染等环境因素暴露通量计算中的应用,提出基于蒙特卡罗射线追踪方法实现统一的空间环境因素暴露通量计算,并给出计算流程及初步验证。统一算法的计算结果与理论值(或文献值)符合较好,证明其能够正确计算环境因素暴露通量。     

真空热试验返回流分子污染建模计算

真空热试验中的分子污染对航天器光学有效载荷性能、可靠性具有严重影响.文章对分子污染机制进行了分析,对边界条件及输入参数进行了合理简化.针对太阳电池板真空热试验和卫星整星真空热试验工况采用dsmc方法对残余气体分子造成的散射返回流进行了分析.结果发现,这种散射返回流不可忽视,返回流比率可迭0.004.返回流在放气表面具有一定分布,在表面中心处返回流最高.     

平面遮挡分析法及其在航天器气动力矩分析中的应用

针对空间站等复杂构型航天器迎流面积和气动力矩的快速分析问题,提出一种平面遮挡分析法。该方法在与迎流垂直的方向上,选定一个二维投影平面进行航天器组成单元的划分和二维外形信息的定义;通过标志符、差值函数及相关的单元外形边界搜索规则定义和操作,实现迎流面积和遮挡面积的计算。平面遮挡分析法减少了遮挡分析所需使用的航天器外形信息维度,可以提高遮挡分析的效率。然后给出基于该平面遮挡分析法对迎流面积和压心位置进行计算的数学模型,对使用的气动力矩分析模型进行说明。以一个非对称构型的空间站为例,对相应的迎流面积和气动力矩进行仿真计算和对比验证。结果表明,平面遮挡分析法具有较为明显的计算时间优势,同时具备较高的计算精度。     

陶瓷基分子吸附器的航天器污染控制性能试验研究

为验证陶瓷基分子吸附器利用多孔材料的吸附性能降低航天器一定区域内污染水平的能力,试验研究真空环境中13X分子筛材料的分子污染物吸/脱附特性,以及以13X分子筛为吸附剂的陶瓷基分子吸附器对航天器用电缆放气产物的吸附性能。试验结果表明:13X分子筛可以有效捕获污染物分子,陶瓷基分子吸附器的吸附能力在3.1×10-2～3.4×10-2 g/cm2之间。陶瓷基分子吸附器可以应用于航天器热真空试验和在轨运行时的污染控制,有利于延长航天器寿命、提高航天器可靠性。     

空间站环境控制和生命保障技术

飞离地球是人类千年的梦想,建造一种能在轨道上长期运行,具有一定的科学技术试验能力或生产能力的有人居住的航天器将使这一梦想得以实现。空间站又称航天站或轨道站,是一种可供多名航天员长期居住和工作的载人航天器。空间站构型复杂,其规模比一般航天器大得多,通常有密?..     

超低轨航天器气动设计与计算方法探讨

对于运行在150~300km高度的超低轨航天器,气动力是轨道与姿态控制须考虑的主要扰动因素。文章首先剖析了超低轨航天器气动构型的关键要素,提出了本体截面与长细比、翼面形状与布局的设计准则;从来流特性、气体-表面作用、航天器物理特性3个方面阐述气动建模的内容与方法;综合运用射线跟踪平板(RTP)与试验粒子蒙特卡洛(TPMC)2种自由分子流模拟方法,提出一种适合工程应用的气动计算与飞行仿真流程。最后,以重力梯度测量卫星为实例,开展了初步的方案设计、模型确认与方法探索,验证了气动建模与计算流程的正确性。文章所提出的气动研究思路,对超低轨航天器的气动设计、计算等工作,均具有一定的参考意义。     

考虑高斯能量分布的复杂表面航天器激光雷达散射特性分析

针对复杂表面航天器在激光雷达照射下散射特性模拟不准的问题,通过表面建模和激光特性修正进行了解决。该方法首先通过高斯能量分布法对激光光束模型进行修正;然后基于有限元的思想,针对航天器复杂表面非光滑、非连续以及多材质等特性,利用改进Z-buffer的消隐算法解决了复杂航天器表面建模问题;最后建立了面向激光雷达的复杂表面航天器激光雷达散射截面的计算方法。仿真分析表明:航天器不同姿态下的激光雷达散射截面精度提升了14.58%,为后续面向激光雷达的隐身设计奠定了基础。     

航天器分子污染计算方法综述

随着对航天器长寿命、高可靠、高性能要求的不断提高,污染逐渐成为影响任务成功的重要因素之一。数值模拟是评估分子污染的主要手段之一。文章对航天器分子污染计算方法进行了总结,详细介绍了污染源、污染沉积及效应、污染传输的模型以及计算方法。     

低地球轨道空间环境下航天器表面原子氧通量密度和积分通量分布的数值模拟

基于蒙特卡罗方法和区域分解法,建立低地球轨道空间环境航天器表面原子氧通量密度和积分通量的数学模型。模型考虑了航天器表面几何构型、原子氧数密度和分析热运动、地球自转对航天器速度的影响以及轨道运行参数。通量密度分布的求解是通过其微分方程的对于独立变量分子运动速度和与表面速度矢量合成的积分得到,积分通量是通过沿轨道时间积分来实现。与此同时,得到了沿入射攻角变化原子氧分布的最大值和最小值。计算结果表明:通量分布伴随入射攻角增大而急剧下降,在迎风面达到最大值,背风面最小值。入射攻角是影响分布计算结果的重要因素。计算误差与NASA-LDEF飞行试验实验结果吻合较好。     

基于透射原理的液面变形测量方法综述

带液体燃料的航天器的液体晃动与运动控制离不开液面变形的精确测量。然而液体的弱反射性、易变形性、强透射性等特点增大了液面变形的测量难度,而传统的固体形貌光测技术并不适用。文章综述了目前应用较广的基于透射的液面变形测量方法,重点对相位偏折法、畸变分析法和光线追踪法的测量原理、灵敏度、适用范围和各自的优缺点进行讨论;并展望液面测量方法的发展方向和趋势。     

空间环境对光学元件分子污染的影响及减缓方法

随着航天器在轨寿命的延长，分子污染对其空间光学系统在轨安全和可靠性的影响越来越突出。文章首先阐明空间分子污染的来源及其对空间光学元件的效应；之后分析温度、紫外辐射、激光照射等空间自然环境和人工环境对光学元件分子污染的影响，揭示空间环境影响光学元件分子污染的演变过程和形态；进而给出地面预处理、表面改性、优化系统设计和在轨主动清除等方面的空间光学元件分子污染减缓与清除技术；最后提出分子污染的高灵敏监测、热控及分子污染吸附复合涂层、分子污染在轨高效去除技术、先进的协同模拟设备和仿真技术等研究方向。     

沸石分子筛对航天器分子污染物的吸附性能研究

针对空间环境中有机污染物沉积在航天器敏感部件上造成相关功能失效问题,提出一种利用沸石分子筛多孔结构在轨清除有机污染物的新方法。研究了真空环境中,Naβ、NaY、13X三种分子筛对某型号电缆真空放气产物的吸附能力,结果表明13X的吸附能力优于其它两种分子筛,饱和吸收率为14.03%。将其作为分子吸附器的吸附材料应用到航天器易污染的部位,将会有效控制航天器在轨运行的污染水平,提高可靠性。     

基于Langmuir探针技术的空间等离子体探测方法

阐述了Langmuir探针测量空间等离子体的基本原理和方法。分析了利用Langmuir探针在空间等离子体探测应用中航天器、空间环境对探针表面污染、探针自身和其他因素对测量的影响。介绍了一种基于探针与空间等离子体同电位的等离子体电位和密度的探测方法,并给出测量原理和探针结构。     

航天器空间环境及效应监测数据集成化管理与处理系统

空间环境与效应监测数据集成化管理与快速处理是保证航天器在轨安全的重要依据。文章基于航天器空间环境与效应监测数据管理与处理系统的功能要求,给出了系统的组成、架构和数据处理流程。该系统集成了航天器空间环境与效应监测数据的管理、处理、综合分析、参数标定和可视化显示功能,能够实现电子、质子、总剂量、原子氧、温度、表面电位、污染等环境与效应在轨数据的瞬时参数（通量、剂量率、温度变化率、表面电位变化率、污染沉积率）和累积参数（注量、电离总剂量、温度、表面电位、总污染量）的监显,为航天器的在轨健康实时监测、风险快速预报预警提供重要支撑。     

轨道交会、悬停及绕飞控制的解析解方法

面向航天器交会对接、编队伴飞以及在轨操控等空间应用的需求,分别对近圆、椭圆轨道上航天器间的相对运动进行了分析与建模,在常值推力作用假设下进行了相对运动的解析求解。采用模型预测的方法获得航天器相对位置和相对速度的预期偏差。通过广义逆变换构造关于预期偏差的最小范数、最小二乘全状态反馈控制器。提出了一种普遍适用于近圆、椭圆轨道,可以实现轨道交会、相对悬停保持和循迹绕飞,对相对位置和相对速度进行同步控制的高精度、高稳定度相对制导律。仿真结果校验了方法的可行性和有效性。     

空间高能质子对航天器材料损伤的仿真分析

近地空间是各种载人飞船、应用卫星、空间站的主要活动区域,区域内存在大量由地磁场捕获的高能带电粒子,严重影响航天器和航天员的安全。为此,需要对内辐射带低高度空间的高能带电粒子环境及其通量分布进行研究。如何对质子进行有效屏蔽对空间辐射防护有重要的研究意义。文章针对粒子在空间环境中的辐射,简要介绍了质子在空间环境中的分布情况及在物质中的传输问题。利用SRIM软件模拟质子在不同材料(铝、聚乙烯)中输运过程。根据得到的射程与能量关系及对阻止本领的分析,从理论上提出航天器防护的合理方案。     

A Review of Hypervelocity Debris Testing at the Air Force Research Laboratory

In this paper, we describe a compact, low cost, fast turn-around-time technique used at the Air Force Research Laboratory to study hypervelocity debris impact effects on spacecraft structures and components. The technique described was used to study debris effects in the areas of: shock physics, debris-produced contamination, chemical analyses of the impact ejecta and debris initiated spacecraft discharge. Examples of research results obtained with the technique are presented and illustrate problems encountered in the field of space debris effects on spacecraft.