木星极光等离子体环境表面充电三维仿真分析

木星为太阳系内少有的强磁场行星,其等离子体环境十分恶劣,可对木星探测器造成严重的表面充电效应。文章采用有限元方法,借助COMSOL仿真软件,对航天器表面充电现象进行三维仿真,结合NASCAP-2k以及SPIS软件对比验证了GEO表面充电效应的模拟结果,证明了该仿真方法的有效性。对航天器在木星极光等离子体环境下的表面充电现象仿真分析结果表明,在木星背景等离子体环境中15RJ处,航天器表面充电电位较低,仅为平均-80 V左右;而在木星极光等离子体中,航天器表面充电电位最高可以达到-36.7 k V,CERS等材料表面充电电位差最大可以达到-16 k V,具有较高的放电风险。     

脉冲等离子体源控制航天器表面充电电位的研究

在空间环境运行的航天器存在表面充电现象,而航天器表面充电引发的静电放电是导致航天器异常及故障的重要原因之一。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施。文章介绍了用脉冲等离子体源进行航天器表面充电电位主动控制的研究。通过模拟实验和实验数据分析,证实了用脉冲等离子体源能有效地控制航天器表面充...     

航天器表面电位的主动控制

一、航天器表面电位的成因及其影响 1.航天器表面电位的成因 所谓航天器充电,是指在空间飞行的航天器由于荷电粒子在其上的累积,形成与周围环境的不同电位这样一种现象.航天器充电有两种类型,即表面充电和内部介质充电(也称体积充电或深层次充电),其来源及消除方法是不同的.这里我们只讨论表面充电问题.     

空间微小碎片对光学玻璃的污染效应研究

航天器在轨服役期间会遭受到大量空间微小碎片撞击作用。这些微陨石和空间微小碎片可能在光学玻璃表面碰撞产生陷坑,也可能吸附在航天器光学玻璃表面造成污染。文章介绍了采用静电式粉尘加速器使微米级铝粉末低速撞击K8光学玻璃,在玻璃表面吸附大量的粉尘粒子。研究结果表明,被铝粒子污染的光学玻璃透过率明显下降。透过率下降与污染程度成比例。对光学玻璃表面单个粒子陷坑计算分析表明,粒子吸附在玻璃表面时,比粒子陷入一定深度造成的光线衰减更大。     

航天器表面充电效应及其工程计算

文章较全面地介绍了航天器与空间等离子体发生的表面充电效应。从航天器表面充电的发现到充放电带来的危害,阐述了航天器表面充电研究对航天器安全飞行的重要性,最后对如何消减表面充电效应带来的危害提出了建议,分析了用充电软件进行工程模拟计算的可行性.     

航天器的表面带电及其防带电设计

本文概要叙述了航天器表面带电对航天器系统的危害并提出在航天器设计和制造期间所必须考虑的相关问题。随后介绍了国外有关航天器表面带电问题的技术文档,其中包括用于评价和控制航天器带电影响的设计指南、航天器带电试验技术标准及航天器带电手册。最后简要介绍了这些技术文档在减少航天器带电危害中的作用及使用方法。     

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。     

海南发射场盐雾环境对航天器结构材料的影响

文章在分析海南发射场的盐雾环境及成因并对大气中氯离子含量进行统计和对比的基础上,阐述了盐雾环境与航天器结构材料的作用机理,并对航天器结构用典型材料进行1年的库内暴露试验,详细考查了在海南发射场盐雾环境下,这些材料的腐蚀后微观形貌、腐蚀产物表面成分和物相,以及ZK61M镁合金的热控功能退化情况,并针对航天器在发射场测试与发射期间海洋大气盐雾环境影响给出评估分析。结果表明:航天器测试发射周期(按3个月计算)内,上述材料不会发生宏观腐蚀现象;发射后氯离子等盐雾成分在航天器表面附着并进入空间后,不会继续腐蚀或扩展。     

基于羽流效应分析的航天器发动机布局设计研究

为解决由航天器姿控发动机等带来的羽流热效应问题,文章通过仿真得到了在不同的发动机布局下航天器表面的羽流热流密度分布情况,通过增大发动机的推力线角度和安装点高度,可以使得发动机羽流核心区远离航天器表面,从而降低喷流对航天器表面的加热效应。综合考虑控制力矩及推力损失、布局包络和发动机支架设计等因素,对某航天器发动机布局进行了优化设计及羽流热防护设计。     

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。     

航天员的模糊控制模型及应用展望

本文以航天员控制过程中的思维活动(概念、判断、推理和决断)为基础,用模糊集理论建立了航天员的模糊控制模型,并在地面模拟条件下,用航天员控制飞船时的实验结果说明了模型的有效性。本模型可以描述航天员控制载人航天飞行器(如飞船、航天飞机和空间站等)的控制行为。该模型的建立不仅为航天人—机—环境系统的总体分析、评价和设计提供新手段,而且为模糊控制理论的发展和模糊控制系统的分析、设计奠定了基础。     

铝合金新材料在载人密封舱主结构中的应用研究进展

文章简述了铝合金新材料在载人密封舱主结构中的应用研究进展,总结了传统航天用铝镁系铝合金的特点,在相关实验研究的基础上,通过对比分析指出,新型5B70铝镁钪合金具有优良的综合性能,将是我国未来载人密封舱主结构升级换代的最佳备选材料。结合当今载人航天器的发展需要,剖析了传统铝合金材料在未来载人航天器升级换代这过程中亟待解决的难题和将要面临的挑战。     

新一代运载火箭增压输送系统交叉输送技术研究

介绍了液体运载火箭和航天飞行器推进剂交叉输送技术的概念。分析了贮箱间和管路间两种交叉输送系统的原理和工作特点，以及国外如美国第二代航天飞机、三级并联火箭飞行器、宇宙神运载火箭，以及欧空局阿里安4LP运载火箭采用的交叉输送技术。阐明了交叉输送连接器和交叉增压等关键技术。对所研制的蝶型活门进行的气动螺栓分离和气动分离，以及以水为介质的交叉输送系统小比例系统试验结果表明，两种分离方案均能实现可靠分离，系统工作正常。推进剂交叉输送技术可用于改善捆绑式运载火箭和航天飞机的布局和性能。     

The influence of kinetics of neutral particles on near-surface glow of spacecraft

A technique for calculation of the glow around low-orbit spacecraft is developed, taking into consideration the kinetics of neutral particles. Using this technique, the altitude ranges are determined where molecular processes dominate over ion-electron mechanisms. The influence of the molecular composition of the Earth’s atmosphere on the production of excited radicals NO ₂ ^* near the surface of spacecraft is studied in some detail.     

飞行器再入姿态双环滑模控制及其逻辑选择

应用滑模控制设计了一种飞行器再入姿态控制方法,这个控制器应用两环的滑模控制方案,可以获得对角速度及角度的同时跟踪并具有较好的鲁棒性和解耦性能。针对飞行器再入姿态的动力面与反作用混合控制的特点,运用优化控制选择配置算法把控制力矩指令配置为末端受动器的控制指令,分别由动力面与反作用致动器执行。再入姿态仿真验证了该方法的精度、鲁棒性以及解耦的跟踪性能及有效性。     

国外小推力液体火箭发动机的最新进展

小推力液体火箭发动机用于航天飞机、宇宙飞船、航天运载器等航天器的轨道和姿态控制、对接、交会等。主要介绍美国、法国、俄罗斯对小推力发动机的研制情况，以及这些国家所研制的这类发动机的性能和特点。     

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。     

Economic benefits of the OTV program

A new upper stage for the Shuttle called Orbiter Transfer Vehicle (OTV) is planned by the National Aeronautics and Space Administration (NASA) for a broad range of missions including transfer of very large spacecraft, unmanned and manned servicing at Geosynchronous orbit (GEO). Leading OTV configurations use 13 to 34 tonnes of cryogenic propellants in vehicles based on the existing Centaur or new designs. These OTVs can deliver to Geosynchronous orbit more than double the payload possible with the solid propellant Intertial Upper Stage (IUS), which is currently being developed. This high performance reduces the number of shuttle launches required to deliver a given total mass of payloads. After delivery of current size spacecraft, OTV could be returned to the Orbiter for reuse, saving the cost of building a new stage. OTV performance and flexibility will create the opportunity for the next generation of spacecraft such as Geostationary Platform. In these three ways, the high-performance OTV will provide economic benefits to Space Transportation Systems.     

带挠性附件的航天器系统动力学特性研究

本文研究了带挠性附件的航天器系统动力学特性。带挠性附件的航天器系统建模为刚性主体带挠性附件（挠性附件的末端带有刚性质量），根据拟坐标下的Ｌａｇｒａｎｇｅ定理建立了主刚体姿态运动与挠性附件振动相互耦合的动力学状态方程。针对一类带挠性附件的航天器系统编制了有关计算软件，利用该软件以ＳＣＯＬＥ模型（ＳＣＯＬＥ是ＳｐａｃｅｃｒａｆｔＣｏｎｔｒｏｌＬａｂｏｒａｔｏ－ｒｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔ的缩写，其系统构形可参见文献［２］［３］）为例进行动力学分析，我们得到了与ＮＡＳＡ有关报告几乎完全一样的结果。本项研究为一类带挠性附件的航天器控制系统设计提供了一种合适的动力学理论模型。     

A Canadian high-energy neutron spectrometry system for measurements in space

Bubble Technology Industries Inc. (BTI), with the support of the Canadian Space Agency, has finished the construction of the Canadian High-Energy Neutron Spectrometry System (CHENSS). This spectrometer is intended to measure the high energy neutron spectrum (approximately 1-100 MeV) encountered in spacecraft in low earth orbit. CHENSS is designed to fly aboard a US space shuttle and its scientific results should facilitate the prediction of neutron dose to astronauts in space from readings of different types of radiation dosimeters that are being used in various missions.