On the effect of considering more realistic particle shape and mass parameters in MMOD risk assessments

One of the primary mission risks tracked in the development of all spacecraft is that due to micro-meteoroids and orbital debris (MMOD). Both types of particles, especially those larger than 0.1 mm in diameter, contain sufficient kinetic energy due to their combined mass and velocities to cause serious damage to crew members and spacecraft. The process used to assess MMOD risk consists of three elements: environment, damage prediction, and damage tolerance. Orbital debris risk assessments for the Orion vehicle, as well as the Shuttle, Space Station and other satellites use ballistic limit equations (BLEs) that have been developed using high speed impact test data and results from numerical simulations that have used spherical projectiles. However, spheres are not expected to be a common shape for orbital debris; rather, orbital debris fragments might be better represented by other regular or irregular solids. In this paper we examine the general construction of NASA’s current orbital debris (OD) model, explore the potential variations in orbital debris mass and shape that are possible when using particle characteristic length to define particle size (instead of assuming spherical particles), and, considering specifically the Orion vehicle, perform an orbital debris risk sensitivity study taking into account variations in particle mass and shape as noted above. While the results of the work performed for this study are preliminary, they do show that continuing to use aluminum spheres in spacecraft risk assessments could result in an over-design of its MMOD protection systems. In such a case, the spacecraft could be heavier than needed, could cost more than needed, and could cost more to put into orbit than needed. The results obtained in this study also show the need to incorporate effects of mass and shape in mission risk assessment prior to first flight of any spacecraft as well as the need to continue to develop/refine BLEs so that they more accurately reflect the shape and material density variations inherent to the actual debris environment.     

SRAM FPGA电离辐射效应试验研究

针对SRAM FPGA空间应用日益增多,以100万门SRAM FPGA为样品,进行了单粒子效应和电离总剂量效应辐照试验。单粒子试验结果是:试验用粒子最小LET为1.66 MeV·cm2/mg,出现SEU（单粒子翻转）;LET为4.17 MeV·cm2/mg,出现SEFI（单粒子功能中断）,通过重新配置,样品功能恢复正常;LET在1.66～64.8 MeV?cm2/mg范围内,未出现SEL（单粒子锁定）;试验发现,随SEU数量的累积,样品功耗电流会随之增加,对样品进行重新配置,电流恢复正常。电离总剂量辐照试验结果是:辐照总剂量75 krad(Si)时,2只样品功能正常,功耗电流未见明显变化。辐照到87 krad(Si)时,样品出现功能失效。试验表明SRAM FPGA属于SEU敏感的器件,且存在SEFI。SEU和SEFI会破坏器件功能,导致系统故障。空间应用SRAM FPGA必须进行抗单粒子加固设计,推荐的加固方法是三模冗余（TMR）配合定时重新配置（Scrubbing）。关键部位如控制系统慎用SRAM FPGA。     

激光辐照充压壳体的破坏评价(Ⅰ)——破坏概率分析

时激光辐照充压壳体破坏(失效)的结果进行评价时,对有关物理参量的不确定性进行定量分析是必要的.以充压壳体破坏(失效)的断裂机理为基础,讨论了如何建立壳体结构破坏(失效)的评价方法,问题的核心是建立壳体结构破坏(失效)的概率模型.该模型中,将影响结构破坏的各个物理参量划分为驱动力和抗力两种类型,通过计算驱动力和抗力的均值和标准差,可得到结构的破坏概率.在此基础上,给出了数值算例,得到了不同加载条件下模型壳体的破坏概率.     

地球同步轨道高压太阳电池阵充放电效应研究

地球同步轨道(GEO)高压太阳电池阵表面静电放电(ESD)引起二次放电可能导致太阳电池阵永久性短路损坏。文章主要针对GEO高压太阳电池阵充放电效应问题,重点分析了高压太阳电池阵表面ESD和二次放电产生的物理过程,并利用负高压偏置方法开展了GEO高压太阳电池阵表面ESD和二次放电地面模拟试验。试验验证了反转电位梯度电场是导致GEO高压太阳电池阵表面产生ESD的触发因素之一,同时得到了GaAs高压太阳电池阵样品表面产生ESD和二次放电的电压阈值。     

临近空间飞艇运行环境及其影响

叙述了运行在20km以上临近空间的飞艇要经历的对流层和平流层的环境特点,对压力、密度、温度、太阳辐射、臭氧、水蒸气、高能粒子及大气污染物这些大气环境进行了分析,并提出了环境控制需要注意的几个问题,为临近空间飞艇的设计提供了参考。     

风洞模拟建筑物对大气污染物扩散影响的若干问题讨论

通过相似性分析,得到了大气污染建筑物影响风洞试验应满足的基本相似条件.由一个实例研究了利用常规风洞模拟装置和测试仪器进行大气污染建筑物影响风洞试验在技术上的可行性.结果显示:由于模拟装置和仪器条件的限制,在大多数风洞试验中存在大气边界层不完全模拟和仪器响应过慢等问题,但通过合理模拟来流的主要湍流特征和改进采样方法,可以在风洞中较真实地模拟建筑物对大气扩散的影响.     

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.     

民用飞机第23.867条款要求及适航审定研究

随着越来越多先进复合材料应用在民用飞机上以及民用飞机上使用的电子电气设备重要度和集成度越来越高,飞机的闪电防护设计越来越重要。CCAR-23第23.867条对民用飞机机体结构闪电直接效应防护进行了规定。研究了该条款的制定和修订的背景和历程,明确了条款的实质要求。23部飞机的使用用途和设计特点使得23部飞机的闪电防护设计和符合性验证也有自己的特点,为此,重点研究了23.867条款的基本设计、审定步骤和审查关注要素等,梳理出了飞机机体结构的闪电直接效应防护设计和适航审定的基本流程,给出了可接受的符合性方法,提出了23部飞机闪电直接效应防护设计、审定各流程的主要工作、可指导或可参考的文件、重点关注要素和技术审查要点,为民用飞机的闪电直接效应防护的设计和适航审定提供了参考。     

基于SimulationX的可调静子导叶机械滞后效应系统仿真

为了解决压气机可调静子导叶(VSV)机械滞后问题,基于Simulat ionX系统仿真平台,建立了VSV调节系统仿真模型。通过仿真结果与台架试验数据对比分析,验证了模型的有效性。在此基础上,结合FMEA方法分析了不同因素对VSV角度滞后的影响程度。分析结果表明:发动机个体分散度和不同热状态之间的驱动负载、驱动能力、活门特性的差别是引发问题的主要因素,当由2种以上因素共同作用时,VSV角度的机械滞后效应增加。提出了1种新的故障模式,并通过台架试验完成了验证。     

多径效应对机载干涉仪天线的影响及措施分析

干涉仪测向是一种具有较高测量精度的测向方法,广泛应用于机载无源探测系统。由于装机后机体和天线相互作用,导致天线的电性能参数变化较大,因此需要在装机条件下对天线的幅度和相位进行校准。限于实际测试条件,通常需要在地面进行实验,而地面的多径效应对校准有较大影响。分析了多径效应对干涉仪天线阵幅度和通道间相位差的影响,并和实验结果进行了验证对比。分析表明在反射点位置放置吸波材料可有效降低多径效应的影响。