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...     

航天器表面充电仿真计算和电位主动控制技术

文章运用等效电路理论推导出随时间变化充电问题的微分方程组,用FORTRAN语言开发了相应的计算机模拟程序,针对强地磁亚暴空间环境分析了地球同步轨道航天器在阴影区和光照区的充电水平。最后计算讨论了采用空心阴极等离子体接触器向航天器外发射电子束作为控制航天器充电水平手段的作用效果。     

不同磁暴条件下GEO卫星表面充电电位分布

文章利用1989-2004年间"Los Alamos"7 颗地球同步轨道卫星的数据对不同磁暴条件下处于地球同步轨道高度等离子体片区域的卫星表面充电电位和热电子(0.03~45 keV)温度随地方时的分布及随磁暴发生时间的变化规律进行统计分析.根据对磁层顶电流修正后的Dst指数(Dst*)将磁暴分成弱磁暴、强磁暴以及超大磁暴.在随地方时的分布上,弱磁暴时卫星最可能在午夜后侧负向强充电(＞800 V);随着磁暴强度的增加,在超大磁暴情况下该区域会沿东西方向扩展到夜晚21时到凌晨4时的区域.在随磁暴发生时间的分布上,弱磁暴下卫星表面充电到高负电位主要发生在Dst*最低点前3 h和后2 h的时刻,强磁暴下主要发生在Dst*最低点时刻,而超大磁暴下主要发生在恢复相,持续时间达十几个小时.表面电位的分布规律和热电子温度的分布规律表现一致:卫星表面负电位超过100 V的区域主要集中在热电子温度大于2 keV的区域,而表面负电位最可能超过800 V的区域主要集中在热电子温度大于2.5 keV的区域.通过统计分析看出,对于那些极可能发生高负电位充电(＞8 kV)情况下的卫星表面电位分布与磁暴的强弱并无明显的相关性,但发现在弱磁暴情况下明显集中在正午前侧区域.     

NASA首次将太阳帆航天器送入太空

据英国《每日邮报》网站1月28日报道,美国航天局（NASA）已将第一个太阳帆航天器＂纳米帆-D＂卫星成功送入近地轨道。这是NASA首次在这一轨道安装太阳帆。     

电位主动控制试验装置供给单元的研制

为满足货运飞船表面电位控制的要求,研制了一种适用于航天器表面电位主动控制试验装置的供给单元。该供给单元重量轻、体积小、结构紧凑,具有氩气储存和微流量输出的功能,实测漏率≤1×10-4 Pa·L·s-1。根据实测漏率数据和流量控制器的流量压力特性,建立供给单元输出氩气流量、气瓶压力随时间变化的数学模型,计算得出其有效在轨工作时间约为360 s。以上结果表明,该供给单元的在轨储存能力和微流量输出能力均可以满足任务需求。     

大型航天器电位控制系统设计及验证

分析了大型航天器在轨交会对接及执行特殊任务等需求,提出了针对不同供电电压等级航天器交会对接、机械臂操作和航天员出舱等任务中的舱体不等电位问题,给出了被动电位控制及主动电位控制的方案。在此基础上提出了具体的设计方案及关键参数的确定,完成了被动电位控制地面验证方案,给出了试验验证结果,完成了主动电位控制在轨实际运行,并给出了实际运行结果情况。可为后续类似航天器的相关设计及地面试验验证提供参考。     

航天器表面电荷激发空间静电场规律研究

从带电表面微元出发,通过求解泊松方程,得到带电介质平板表面邻近空间静电势的解析表达式,建立介质表面电位-介电常数模型,求得了带电介质平板表面电位、表面带电量和介质介电常数三者之间的关系式。结合典型的航天器表面介质材料带电案例,对此类圆盘结构介质平板带电问题进行了仿真分析,结果表明,在介质材料表面电位一定的情况下,表面电荷激发的空间静电势值随距离的增大而减小,并且距离介质表面越近,电势的空间变化率越大;在介质材料带电量相等的情况下,介质表面电位随着介质介电常数的增大而减小,并逐渐趋于一个稳定值,所以在一定范围内选择介电常数较大的介质材料可以降低介质的表面电位,减小介质间发生静电放电的几率。     

NASA标准《航天器和有效载荷的载荷分析》介绍

本文对美国NASA标准NASA-STD-5002“航天器和有效载荷分析”主要内容进行介绍。 1 概述 1.1 范围本标准规定了进行有效载荷和航天器载荷分析的方法、做法与要求。 1.2 目的     

卫星多层隔热组件表面等电位控制工艺

文章基于电磁监测卫星的空间等离子体表面带电环境和等电位要求,对卫星多层隔热组件表面等电位的控制方法进行分析和优化,给出多层隔热组件制作、安装、接地、检测和保护工艺方法,从而满足整星表面的电位差在±2 V以内的控制要求。     

行星际航天器主动热控系统模糊控制

对行星际航天器主动热控系统进行了研究。以“火星探路者”号为例，在其机械泵式单相液体循环冷却系统设计布局的基础上，使用更高换热效率、更低压力降的分形微管道网络换热器传递电子设备散发的热量，利用模糊控制策略对系统进行控制。通过合理的简化和假设，应用集总参数法建立系统动态特性模型，进行仿真研究。结果表明此主动热控系统能对航天器电子设备温度进行有效控制。     

基于自抗扰技术的挠性航天器高精度指向控制

针对存在外部干扰和模型不确定性的挠性航天器,提出了一类新颖的基于自抗扰技术的控制方案,实现无姿态角速度反馈的航天器对目标高精度姿态指向控制。对目标相对姿态指向控制系统进行建模,引入一光滑连续秦函数,构造三阶扩张观测器,观测系统姿态角速度和总扰动,并利用其实现动态补偿线性化及扰动抑制。针对单框架控制力矩陀螺群作为执行机构常存在的奇异,引入零空间空转指令设计了一类奇异避免操纵律。将控制系统方案用于某挠性航天器模型,仿真结果验证了方案的有效性、合理性。     

航天器展开机构间接式主动热控设计方法

针对目前航天器展开机构直接热控实施的功能局限性和可靠性风险的问题,提出了一种采用间接控制点控制目标点温度的设计方法,并以某卫星展开机构的热控设计为例,对关键机构部位的热控设计进行了阐述。仿真分析、地面热试验与在轨数据结果均表明:该间接热控设计方法能够满足机构产品的控温需求,展开机构的顺利展开验证了此方法的正确性和合理性,可为以后机构产品的热控设计提供借鉴。     

自由飞行态主动式自旋稳定姿态控制

为改善航天器在自由飞行状态下的自旋稳定姿态控制精度，在分别采用消章和消偏的基础上，提出了一种消章消偏综合控制方法，并选用带消偏约束的消章控制法，对桌细长型航天器的姿态控制进行了仿真试验。理论分析和实验结果表明，该控制法的姿态角控制精度较高，所用时间较短，可满足控制精度的要求。     

载人航天器主动热控系统热负荷布局优化

针对典型的含有低温内回路、中温内回路和外回路的载人航天器主动热控单相流体回路系统,研究了给定温度的热负荷布置在低温或中温内回路对系统总质量的影响,给出了根据热负荷温度和功率进行布置的原则。根据系统质量的数学模型和能量平衡关系,采用Lagrange乘子法对热控系统进行了轻量化建模和求解。结果表明,存在一个热负荷的临界温度使两种布置方案系统的总质量相等：热负荷温度低于该临界温度时,布置在低温内回路可使系统总质量更小,反之应当布置在中温内回路。热负荷布置在低温内回路还是中温内回路需要根据其温度和功率来选择。最后,对热负荷布置原则从换热温差分配的角度进行了定性上的分析。     

The Potential and Equipotentiality of Spacecraft

The problem of maintenance of the equipotentiality of spacecraft surfaces is considered. The method under examination is the use of the conductive thermal-vacuum multilayer blanket (CMLB), whose outer surface represents a fabric woven of threads of glass fiber type with interwoven metal threads. The process of spacecraft potential formation and methods of the potential calculation are described, and the results of such a calculation for the illuminated and shadowed parts of spacecraft surfaces in some characteristic near-Earth plasma environments are presented. The CMLB model is described, and the potential distribution near the CMLB surface is calculated. The conclusion was drawn that the conductive thermal-vacuum multilayer blanket used in some cases on Russian spacecraft does not ensure the equipotentiality of spacecraft surfaces, and in the case of using CMLB, the differential spacecraft charging in outer regions of the Earth's magnetosphere may reach a dangerous level for onboard electronic systems. In spite of the fact that CMLB guards against large-scale powerful discharges, one cannot exclude discharges completely, what may result in broadband noise enhancement and cause onboard systems failures.     

随机扰动下的航天器姿轨保持自抗扰控制

空间飞行器在轨运行过程中除受空间摄动外,还因飞行器任务需要产生随机扰动力和扰动力矩。针对空间飞行器受随机扰动产生的耦合运动控制问题,提出了利用自抗扰方法进行轨道保持和姿态稳定的控制方法。通过引入二阶线性扩展状态观测器,对系统总扰动和状态进行观测。结合PD控制方法结合总扰动前馈补偿,克服空间主要摄动及飞行器本身产生的随机扰动,实现轨道保持和姿态稳定。仿真试验结果表明:该方法可以有效克服总扰动的影响,实现姿轨协同控制。     

载人航天器主动热控制系统流体回路的优化设计

载人航天器一般采用主动热控制技术为主的热控制系统,废热的排散主要通过泵驱动单相流体回路。分析了主动热控制系统的主要设计任务,如系统方案、工质的选择、回路部件的选型、系统参数的确定、控制算法等;提出了主动热控制系统方案及参数选择应满足适应性要求、安全性要求、可靠性要求以及经济性要求,指出主动热控制系统的设计是一个以系统总体质量最小为目标的约束优化问题,并讨论了优化设计的思路与实现流程。最后基于一个具体的设计案例对设计方法进行了验证。     

纳米材料在航天器上的应用前景

文章综述了国内外纳米材料(如碳纳米管,SiO2,TiO2)在航天器上的潜在应用。首先介绍了在航天器领域具有应用潜力的纳米材料及其复合材料,然后从结构和功能材料等方面对在航天光学遥感器上的应用前景做了分析。