敏捷卫星高刚度太阳翼的设计与验证

基于对国内外敏捷卫星带辅助支撑式太阳翼现状及存在问题的分析，开展了太阳翼的构型设计与布局优化，设计一种基于带簧铰链与自适应锁定式铰链的单臂支撑式高刚度太阳翼。利用支撑臂中部带簧铰链在弯折后形态可变的特性，解决了多连杆闭环机构收拢状态下的杆长匹配问题；利用太阳翼根部自适应锁定式铰链可自动调节锁定状态的特性，解决了展开末了过约束锁定的技术难题，实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展太阳翼展开静力矩裕度分析、模态分析和展开动力学分析，结果表明，太阳翼展开力矩裕度大于1，展开状态下基频大于8 Hz，展开过程顺畅无死点，展开末了冲击力不超过750 N。开展了太阳翼地面试验验证和在轨飞行验证，结果表明，该高刚度太阳翼满足敏捷卫星在轨长时间快速机动的使用要求。     

高分三号卫星飞行程序设计与在轨验证

高分三号(GF-3)装载有大型合成孔径雷达(SAR)天线及大型太阳翼,因此在其飞行程序设计中要重点考虑太阳翼和SAR天线的展开设计,以及它们的展开对卫星的扰动力矩和姿态的影响。通过分析显示:太阳翼展开对卫星姿态角和姿态角速度影响较大,为此对几种太阳翼展开未锁定的情况作出故障预案;通过分析SAR天线展开的动力学特性,以及SAR天线展开对卫星姿态的影响,进行相应设计,并为实现SAR天线展开可控,采取相应措施。GF-3卫星在轨验证结果表明:太阳翼和SAR天线展开结果良好,飞行程序设计合理有效。     

黏滞型阻尼器对太阳翼展开性能的影响分析

为保证太阳翼在轨展开锁定的可靠性,往往需要较大的展开驱动力矩、较高的力矩裕度;而为了减缓太阳翼展开锁定对SADA的冲击载荷,又需要较小的驱动力矩,较少的展开到位剩余能量。为解决两者之间的矛盾,采用了为太阳翼加装黏滞型阻尼器的方法,它既不降低展开锁定的可靠性,又能有效抑制冲击载荷。但须要注意的是,当阻尼系数过大时,由于地面展开试验存在不可避免的因素(如设备阻力、空气阻力等),太阳翼地面展开试验时可能发生无法完全展开的故障;因此,在选择阻尼器性能时,须要同时兼顾在轨展开和地面试验展开的可靠性。文章利用AD-AMS和Nastran/Patran软件联合建立了太阳翼在轨和地面试验展开的仿真模型,分别得到无阻尼器和不同阻尼系数下的太阳翼在轨和地面试验展开动力学分析结果;通过对仿真结果的分析比对,综合评估了黏滞型阻尼器对太阳翼在轨展开和地面试验展开的影响。     

太阳翼展开试验装置导轨摩擦力自动测量系统设计

太阳翼是卫星发射成败的关键部件,为满足卫星型号太阳翼地面零重力展开可靠性验证,研制了一套高精度导轨摩擦力自动测量系统。该系统采用自动化测量、高精度传感器和无线通信网络等技术,对某卫星型号展开试验装置导轨进行摩擦力测试,验证了该测量方法的可靠性。将测量结果与人工手持测力计测量进行对比,有效解决了测量结果不稳定、测量数据离散、测量效率低等问题,并可获取导轨全行程摩擦力实测数据。该系统的应用提高了导轨摩擦力测量精度,增强了卫星太阳翼地面零重力展开可靠性,提高了卫星太阳翼生产效率。     

单太阳翼放气干扰力矩分析

针对静止轨道单太阳翼卫星在转移轨道段,太阳翼展开对日定向稳定控制过程中,太阳翼结构的初期放气干扰力矩对姿态影响的问题,利用卫星姿态动力学模型、姿态变化和推力器等参数,估计太阳翼放气产生的干扰力矩。通过理论仿真,验证了估计方法的正确性。以风云四号(FY-4)卫星为例,在轨实时估计结果表明:FY-4卫星太阳翼放气持续时间近11个小时,初期最大干扰力矩达37mN·m,比光压力矩约大2个量级,其对姿态影响不可忽视。文章的研究结果可为地面控制系统设计和在轨控制参数修改提供数据参考。     

太阳翼二维展开阶段SADA不同控制状态仿真分析

二维二次太阳翼侧板展开将造成太阳翼驱动机构(SADA)产生反向转动。针对太阳翼侧板展开运动引起的太阳翼驱动机构反转问题,采用机电耦合分析方法建立了太阳翼驱动机构加断电两种状态下阻力矩方程,进一步基于单向递推组集建模方法建立了太阳翼侧板展开期间整星动力学微分代数方程组,分析了太阳翼驱动机构加断电状态下太阳翼二维展开运动对太阳翼和卫星安全的影响。研究表明:侧板展开期间太阳翼驱动机构位置处将会产生大角速度转动,危害太阳翼驱动机构线路安全,建议结合太阳翼驱动机构电路设计,合理选择太阳翼驱动机构加断电策略,并采取措施降低侧板展开到位时刻角速度。     

射频电缆低温扭转阻力矩对卫星展开锁定机构的影响

针对射频电缆在低温环境下扭转阻力矩增大给某卫星展开锁定机构可靠性带来的不确定影响,文章首先对射频电缆低温扭转阻力矩进行测试试验,之后分析了该阻力矩对展开锁定机构静力矩裕度的影响;在此基础上对机构的设计方案进行改进,并通过仿真分析,验证了改进后机构能够可靠展开,展开时间、冲击力矩等指标满足卫星总体要求。     

立方体卫星太阳翼技术综述

调研了国外不同类型立方体卫星(CubeSat)的太阳翼技术,并从展开维度及展开次数的角度进行了分类,然后对CubeSat太阳翼的太阳电池板、压紧释放机构及展开机构等典型部件进行详细介绍,对不同类型的部件技术进行了对比,通过对比,给出了CubeSat太阳翼在研制体系建设、部件技术、搭载验证等方面的发展建议,可为后续研究提供参考。     

临界倾角轨道卫星双轴太阳翼热性能研究

卫星太阳翼的在轨温度状况直接影响电池阵的光电转换效率及太阳翼的可靠性。分析了 临界倾角轨道β角的变化规律,利用Ideas TMG建立了双轴太阳翼的轨道热分析模型, 根据β角和摆动轴位置设计了温度计算工况。对影响太阳翼温度状况的相关参数进行了 灵敏度分析,研究了临界倾角轨道卫星双轴太阳翼不同工况下的温度与温差变化。β角 的分析方法及太阳翼的建模方法适用于其它卫星及其太阳翼的热分析。     

二维展开太阳翼地面展开试验装置设计与验证

针对二维展开太阳翼地面展开过程中重力卸载较困难的情况,设计了适用于二维展开太阳翼的地面展开重力卸载装置,建立了某二维太阳翼在此地面展开试验装置上的动力学模型并进行了动力学仿真分析,分析结果表明太阳翼能够正常展开并锁定,除了太阳翼一次和二次锁定前后瞬间,其余展开过程中吊挂绳索张力最大变化量仅为7％,展开后最大变化不超过2％;该试验装置在某太阳翼上的应用结果表明太阳翼展开前后吊挂绳索吊挂力变化不超过1 N.此试验装置可为其他空间二维展开机构的地面展开试验提供参考.     

基于刚体转动四元数模型的航天器再定向方案

介绍了一种新的刚体转动的四元数模型。这些模型可以提高再定向控制的对边界条件的适应能力，在此基础上还介绍了这些模型的一些实际应用。     

Determination of parameters of attitude motion of a small communication satellite using the data of measurements of current of solar panels

A communication satellite (small spacecraft) injected into a geosynchronous orbit is considered. Flywheel engines are used to control the rotational spacecraft motion. The spacecraft after the emergency situation has passed into a state of uncontrolled rotation. In this case, no direct telemetric information about parameters of its rotational motion was accessible. As a result, the problem arose to determine the rotational satellite motion according to the available indirect information: current taken from the solar panels. Telemetric measurements of solar panel current obtained on the time interval of a few hours were simultaneously processed by the least squares method integrating the equations of rotational satellite motion. We present the results of processing 10 intervals of the measurement data allowing one to determine the real rotational spacecraft motion and to estimate the total angular momentum of flywheel engines.     

攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响

以二维非定常可压缩流的N-S方程为控制方程,采用SST k-ω湍流模型对攻角变化引起的超音速进气道再起动过程进行了数值模拟,研究了攻角变化对超音速进气道再起动特性的影响.结果表明,当超音速进气道不起动时,可通过合理改变攻角实现进气道的再起动工作;超音速进气道的再起动攻角随攻角变化速率的增大近似呈线性增加;攻角变化速率较...     

多通道功率放大器中幅度和相位一致性影响分析

文章利用传输矩阵方法,建立了MPA分析模型,并通过引入幅度和相位随机性,结合各路放大器幅度和相位组合概率,对通道隔离度的影响进行了计算和分析。     

On solving the problems of optimization of trajectories of many-revolution orbit transfers of spacecraft

The problem of optimal control over many-revolution spacecraft orbit transfers between circular coplanar orbits of satellites is considered. The spacecraft flight is controlled by a thrust vector of a jet engine with restricted thrust (JERT). The mass expenditure is minimized at a limited time of flight. The optimal control problem is solved based on the maximum principle. The boundary value problem of the maximum principle is solved numerically using the shooting method. A modified computation scheme of the shooting method is suggested (multi-point shooting), as well as a method (correlated with the scheme) of choosing the initial approximation with the use of a solution to the optimization problem in the impulse formulation. The scheme and method allow one to construct many-revolution spacecraft orbit transfers.     

热变形对一种天线指向机构指向精度的影响分析

热变形对天线指向机构的指向精度具有重要影响,但利用传统的设计方法很难实现对指向精度的准确计算,尤其是热变形对指向精度影响的研究工作更是少见。为此建立了机构的三维实体热-结构耦合有限元分析模型,根据有限元分析结果并结合机构的运动链关系,构建了各关键运动副运动误差的计算方法;在此基础上实现了机构指向误差的计算,研究了运动副名义、最大以及最小配合间隙条件下,温度载荷对各关键运动副运动误差和指向精度的影响。研究结果表明,温度载荷对关键运动副的运动误差以及机构的指向精度具有重要影响,随着温度载荷偏离常温数值的增加,指向误差不断增大,名义配合间隙条件下的指向误差最大。     

Stability of dynamic algorithms of determination of quasi-stationary satellite orbits

A method of estimating the stability of the problem of orbit determination under disturbances caused by finite accuracy of calculation and geographical siting of observation stations is proposed.     

多自由度微振动环境时域波形复现的数值仿真

为满足航天器微振动环境模拟的需要,开展了多自由度微振动时域波形复现控制方法研究。首先,介绍了基于时域波形复现的多自由度微振动环境模拟控制理论方法。其次,针对六自由度微振动激励系统,应用MATLAB软件建立了基于实测传递函数矩阵的多输入多输出微振动激励仿真系统,针对微振动时域波形复现闭环控制过程进行了算法编程,并给出了仿真的闭环控制流程图。最后,通过算例对多自由度微振动时域波形复现进行了数值仿真,以给定的白噪声为输入,模拟对实际存在的系统非线性、测量误差等影响因素的控制效果。仿真结果验证了多自由度微振动时域波形复现控制方法的可行性及有效性,所得结论可以为研究多自由度微振动时域波形复现控制系统提供参考。     

状态方程对煤油液滴高压蒸发计算的影响

分别基于RK、SRK和PR等不同真实流体状态方程(EoS)建立了包含亚临界和超临界两种不同机制的瞬态液滴高压蒸发模型。针对我国新一代高压补燃液氧/煤油发动机，对煤油液滴在高压N 2 环境下的蒸发过程进行数值研究，重点分析了不同状态方程对N 2 -C 12 H 26 二元系统高压气液相平衡，及进一步对煤油液滴高压蒸发计算的影响。结果表明：对液滴蒸发速率影响最大的参数是液滴表面蒸气质量分数，而对该参数影响最大的则是所选取的状态方程。基于SRK和PR EoSs的高压气液相平衡及液滴高压蒸发计算结果均与试验数据符合较好，可正确描述液滴高压蒸发特性；而基于RK EoS的相平衡计算结果显著高估液滴表面蒸气质量分数和环境气体溶解度，并低估临界混合温度和偏摩尔相变热，进而在亚临界蒸发状态下高估蒸发速率，在超临界蒸发状态下低估蒸发速率。另外，基于RK EoS的计算中液滴发生跨临界转变所需的环境温度显著低于基于SRK和PR EoSs的。     

Experimental investigation of the modes of operation of uncontrolled attitude motion of the Progress spacecraft

Results of in-flight tests of three modes of uncontrolled attitude motion of the Progress spacecraft are described. These proposed modes of experiments related to microgravity are as follows: (1) triaxial gravitational orientation, (2) gravitational orientation of the rotating satellite, and (3) spin-up in the plane of the orbit around the axis of the maximum moment of inertia. The tests were carried out from May 24 to June 1, 2004 onboard the spacecraft Progress M1-11. The actual motion of this spacecraft with respect to its center of mass, in the above-mentioned modes, was determined by telemetric information about an electric current tapped off from solar batteries. The values of the current obtained during a time interval of several hours were processed jointly using the least squares method by integration of the equations of the spacecraft’s attitude motion. The processing resulted in estimation of the initial conditions of motion and of the parameters of mathematical models used. For the obtained motions the quasi-static component of microaccelerations was computed at a point onboard, where installation of experimental equipment is possible.