光帆航天器发展现状及“突破摄星”计划关键技术

光帆航天器可以借助太阳光,也可以从地基或空基能量站发出激光对其加速,与传统的化学推进相比,光帆推进技术可以使航天器获得较大的加速度,从而进行较远空间目的地的探测活动。文章对国外光帆航天器的发展现状及主要技术指标进行了调研,重点介绍了"突破摄星"计划(Breakthrough Starshot)概况,并对其重要系统组成及计划工程实施过程进行了详细分析。最后对"突破摄星"计划中可能涉及到的关键技术进行了梳理,包括地面大型激光阵列技术、芯片星器件集成技术、光帆轻质材料技术、光帆姿态控制技术以及深空激光通信技术。以上研究内容可为我国发展光帆航天器技术提供参考。     

空间隔膜压缩机的可靠性评估方法

针对目前没有适合空间隔膜压缩机可靠性评估方法的问题,文章以无失效贝叶斯可靠性评估方法为基础,综合利用配分布曲线法、零部件失效率函数特性、可靠性预计数据,提出了适用于空间隔膜压缩机可靠性评估方法,通过计算实例证明了该方法能够解决空间隔膜压缩机小子样、无失效子样可靠性评估问题,可为同类产品可靠性评估提供参考。     

天地一体化网络中的航天器IP网络设计

为了将地面IP网络技术应用于航天器内部设备间的数据通信,并实现与地面站的互连,根据航天器与地面站之间通信链路的特点,提出一种IP网络协议体系结构,实现天地一体化网络通信。在航天器上采用以太网协议完成内部网络数据交换,配置天地网关设备完成与地面测控通信网络之间的IP包交换;地面测控通信网络采用计算机IP网络,并配套相应的天地网关设备,完成与航天器的IP包交换。根据航天器数据的特点,提出一种速率控制策略,优先传输控制数据,控制图像话音数据周期平均速率,控制试验数据IP包平均速率。地面仿真试验及实际系统测试结果表明:文章提出的航天器IP网络设计,适应航天器与地面站的通信链路,可直接应用于高、中、低轨航天器的天地一化网络通信,也可为后续月球、火星等探测任务提供参考。     

载人小行星着陆探测模式设想

基于目前小行星探测技术特点,综述了当前国内外空间活动中两种典型探测模式,针对未来载人小行星着陆探测需求,提出了爬行式和基于小型机动操作载人飞船的两种探测模式,并对两种模式进行评价比较,基于小型机动操作载人飞船的探测模式具有机动性强、探测范围广、安全性高及对航天员操作能力要求低等特点,可为我国未来载人深空探测任务中微重力环境下星体表面作业方案设计提供参考。     

出舱通信系统的返向信号功率自动控制方法

出舱活动任务面临载人航天器同时与多名出舱航天员之间的数据交互需求,若采用传统的恒定发射功率无线通信模式,可能由于多名航天员舱外活动位置不同导致通信不均衡及互相干扰问题。为保证所有出舱航天员的通信链路稳定,提出一种功率自动控制方法,利用位于载人航天器内部的出舱通信处理器实时接收所有出舱航天员的返向信号,并分别对信干比进行评估,根据评估结果按照外环和内环两种方式进行航天员返向信号的功率控制,最终使出舱通信处理器接收到的所有航天员的返向信号信干比接近,保证与出舱航天员之间的正常通信。通过搭建试验平台对功率自动控制方法进行验证,结果表明:该方法可实现出舱通信处理器收到的所有返向信号的信干比接近,能解决远近效应问题,提升多人出舱通信链路的可靠性。     

有人月球基地构型及构建过程的设想

与传统航天器设计不同,有人月球基地涉及构型与构建、能源、月面移动、资源利用等诸多方面。文章在对国外有人月球基地不同构型对比分析的基础上,提出了我国有人月球基地方案设想,包括刚性舱构型、刚性+柔性舱构型、建造式构型和综合式有人月球基地方案,并进一步提出了有人月球基地构建过程设想,可为我国未来有人月球基地建设提供参考。     

激光跟踪仪在交会对接微波雷达多径试验中的应用

交会对接微波雷达多径试验是在地面模拟两个飞行器在轨交会对接过程中由舱体表面及遮挡对微波信号造成反射干扰的一种试验,其目的是验证激光雷达系统功能及安装位置的合理性。在近20m远的距离上,对飞行器舱体上的微波雷达天线和微波应答天线进行角度及距离的精确测量。文章通过对试验环境、测量项目分析及不同精测方案比对,采用激光跟踪仪直接测量舱体结构,获得了准确的基准数据,有助于指导微波雷达在飞船轨道舱上的精确安装和提高交会对接微波雷达多径试验的精度。激光跟踪仪首次应用于交会对接微波雷达多径试验,相比经纬仪在航天器基准测量中具有更大的优势。     

反推发动机失效模式对返回舱着陆姿态的影响分析

以稳定下降阶段的降落伞-返回舱系统的动力学模型为基础,针对反推发动机不同的失效模式,建立了4种返回舱反推力模型,通过计算获知了4种返回舱着陆角和速度的变化情况,计算结果可为反推发动机失效情况下被动缓冲装置的设计输入提供参考,同时也可为返回舱着陆安全性评估和制定故障预案提供一定的参考。     

载人航天器密封系统漏率设计方法

载人航天器密封舱为航天员提供在轨生活、工作的环境,对密封舱及其环控生保系统、热控制系统、推进控制系统等中各管路的密封性能有严格要求。文章提出了一种漏率设计方法,建立了相应的漏率检测系统,并依据该方法制定了密封舱体和各管路的漏率设计和指标分配的流程。本流程可用作载人航天器舱体密封系统、管路密封系统的漏率设计,对保证载人航天器在轨安全可靠运行有重要参考价值。     

应用无线传感器网络的月表环境长期无人监测系统构想

针对月表昼夜温差大、月壤结构松散、空间辐射强的特点,提出一种应用无线传感器网络的月表环境监测系统构想,实现对月表环境的长期无人监测。该系统分别由月表无线传感器网络、月球中继卫星、地球中继卫星和地球地面站组成。通过月表无线传感器网络节点上的太阳能电池设计,实现节点的可持续工作。通过节点外形设计和采用电帘除尘技术,可防止节点被月尘掩埋。节点采用热控包覆和主动热控措施,能适应月球高低温环境。为提高无线传感器网络的生命周期,提出一种基于能量均衡的路由技术。针对月表环境监测系统,设计了月表-月球中继-地球中继-地球地面站的通信协议栈,地月中继通信技术能保证月表环境参数实时传回地面。与微波探测、月球车探测等传统月表环境探测技术相比,文章提出的系统具有能抵近探测、探测对象多、探测范围广、探测时间长、系统可靠性高和成本低的优势。