载人航天器舱外在轨维修设计与实现

在航天员的参与下,载人航天器舱外设备的维修更换给航天器的长寿命运行提供了途径。为此,文章提出适用于舱外在轨维修的技术解决途径,以载人航天器舱外摄像机为例,对摄像机标志、操作机械接口、电接口、航天员抓握、防飘等方面进行了维修性设计。对我国载人航天器舱外摄像机的维修过程开展仿真和在轨维修试验,验证了舱外摄像机维修设计的正确性和合理性。该设计可为我国载人航天器设备的维修性设计提供参考。     

大型载人航天器舱外试验支持技术

为舱外试验提供支持和保障条件是大型载人航天器的重要任务,文章根据大型载人航天器舱外载荷的不同类型,提出了标准舱外载荷试验平台和大型舱外载荷试验平台总体设计方案,阐述了舱外载荷试验平台对试验项目的支持资源,明确了舱外载荷试验平台在轨应用流程,并介绍了舱外载荷试验平台的地面验证情况。最后,总结了大型载人航天器舱外试验支持技术的特点,对该技术的在轨应用和验证情况进行了说明,并对技术应用于在轨服务和在轨设施建造任务进行了展望。     

利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究

为了解空间环境对热控涂层性能的影响,文章设计了舱外热控涂层搭载试验方案,包括试验件配置、在轨试验和回收方法。试验件在轨试验期间安放在载人航天器密封舱前舱门外,暴露于空间环境中;在实现对接、建立组合体后,航天员不需太空行走即可实施对搭载试验件的回收及再次安装等操作。该方案若成功应用并回收试验件至地面,我国将首次获得热控涂层空间飞行试验数据。     

气闸舱泄复压热力过程研究

为满足航天员出舱活动的需要,出舱活动飞船气闸舱在满足载人飞船密封舱一般要求外,还需经历泄压和复压两个热力过程。伴随气闸舱的泄复压过程,舱内空气因泄压而发生热力膨胀降温现象,因复压而出现热力压缩升温现象;复压用气瓶在气闸舱复压过程中压力急剧降低也出现降温现象,其降温程度将影响气闸舱复压后舱内温度水平。运用热力学方法对气闸舱泄复压热力过程进行分析,并通过地面和在轨飞行试验验证了分析的正确性,本文工作将为后续载人航天器气闸舱的热控设计提供参考。     

一种GEO卫星星敏感器热控设计

为解决目前地球静止轨道(GEO)卫星星敏感器热控设计复杂、实施难度大的问题,提出了一种辐射小舱式星敏感器热控设计方案。以东方红-4(DFH-4)平台GEO卫星星敏感器采用辐射小舱式热控设计方案为实例,利用热分析软件TMG建模进行了热分析验证,并根据分析结果对其布局进行了优化。优化结果表明:采用辐射小舱式热控设计方案时,星敏感器的在轨预示温度范围在-26.2～+22.2℃,能很好地满足其温度指标要求,设计方案合理可行,可为GEO卫星上同类设备的热控设计提供参考。     

某航空相机载荷舱热分析与热设计

航空相机的热控设计需要解决流动与传热的耦合问题。文章提出某航空相机载荷舱在复杂飞行环境中上升、巡航、下降全过程的热分析及热设计方法：确定载荷舱热分析数据流,采用专业热分析软件、流体计算软件计算辐射外热流、气动外热流,以及等效对流换热系数沿壁面分布情况及与马赫数的变化关系。将热环境赋予载荷舱热分析模型,通过热分析软件与自开发程序迭代对载荷舱两个极端工况进行了仿真分析。结果表明,据此设计的光学窗口内表面温度高于露点温度10℃以上,得到的载荷舱热分析结果满足热控指标要求,热设计方案合理可行。     

分舱耦合体系下的新型卫星热控平台技术

首先说明了热控体系、热控平台技术、热控分系统、热控措施之间的关系,然后描述了卫星热控设计体系的构建过程,在此基础上,简述了卫星系统发展对热控体系提出的挑战和一个理想热控设计体系所应具有的特征,同时对当前已有的热控设计体系进行了分析,并进一步提出了满足未来卫星发展需要的分舱耦合热控设计体系,针对在该体系框架内,阐述了基于分舱耦合分布式和分舱耦合集中式的可能应用情况,最后,描述了其应用涉及的关键技术。通过分析认为,分舱耦合体系下的新型热控平台技术,是满足未来卫星发展需要的趋势。     

通信卫星在轨热控功率评估研究

电加热器是航天器常用的主动热控措施,合理准确的电加热器在轨工作分析技术可以有效地评估热控功率设计的经济性。为了获取通信卫星热控功率准确的使用情况,研究了热控功率的电流评估、开关量评估方法,通过在轨实际数据对上述方法进行了验证。根据地球静止轨道通信卫星热设计和遥测数据,给出了电加热器在轨使用规律和平均功率,结果表明:目前国内通信卫星加热器总功率余量大于48%,具有较大的统筹优化空间。该评估方法为在轨热控性能评估技术提供了新的思路,评估结果可作为设计热控功率、制定在轨智能管理策略的参考。     

天宫空间站在轨货物进出舱功能的设计与验证

为增强空间站对舱外载荷的支持能力，提升舱内外货物的进出效率，减少航天员出舱次数，降低航天员出舱风险，空间站梦天实验舱设计了货物自动进出舱功能。本文从货物进出舱功能方案出发，介绍了包括货物转运功能、外舱门功能、泄压、复压、气体复用功能在内的关键子功能的地面试验验证及在轨试验验证工作。地面及在轨试验验证结果对比表明:货物进出舱方案设计合理，地面验证结果和在轨数据一致性好，产品性能稳定，有效地提高了空间站货物进出舱效率。     

载人航天器舱外在轨维修维护地面验证平台设计

掌握舱外维修维护的地面验证技术对长寿命载人航天器的研制和在轨运行十分重要,而建立一套舱外在轨维修维护地面验证平台是实现地面验证技术的基础。文章从航天器舱外维修维护地面验证平台的需求分析,任务和功能分配,系统组成,详细设计等几个方面系统阐述了平台的设计。集成测试结果表明,该平台满足航天器舱外维修验证需求,可以作为广泛使用的水槽和仿真手段的有效补充。     

交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的传热特性

对交会对接目标飞行器控制力矩陀螺的热特性进行了分析,建立了控制力矩陀螺的热分析模型,并结合其热平衡试验结果对热模型进行了修正,结果表明,模型计算温度与热平衡试验温度吻合较好。文章利用修正后的热数学模型,对控制力矩陀螺在轨运行时在不同热边界条件下的温度场分布进行了求解,并得出了陀螺辐射传热与导热传热的比例关系,以及辐射传热是其主要散热途径的结论。     

空间站核心舱轨控机组热设计及飞行验证

为验证核心舱轨控机组热控设计能满足空间站任务期间任何工况对机组温度的要求,运用I-DEAS/TMG软件,通过仿真分析确定了轨控机组低温工况下所需的加热功率,预示了高温工况下的最高温度。在轨飞行情况表明：轨控机组飞行温度验证了理论计算的正确性,二者之间的偏差约3.7■;喷管受太阳照射面积越大,头部及电磁阀温度越高,在太阳角58°时,喷管受照面积最大;低温工况下,有推进剂流道的机组头部和电磁阀温度高于6.8℃,满足高于0℃的指标要求;不同于以往热控包覆状态的轨控机组,被动包覆设计保证了电磁阀在极端高温工况下,温度低于40℃,离高温上限有较大裕度,为电磁阀在空间站15 a任务期间的可靠工作提供保障。     

航天器大型密封舱垂直进舱工装设计

文章根据大型密封舱总装过程中垂直进舱的实际需求,结合航天器大型密封舱的结构和布局特点,介绍了进舱吊篮、分段式组合梯和电机驱动3种垂直进舱工装方案。在比较这3种方案优缺点的基础上,又从舱外总装平台特点、对密封舱舱体的影响、总装环境适应性和垂直进舱方案安全性等进行了分析。本进舱工装方案可为未来航天器大型密封舱垂直进舱工装的设计提供借鉴。     

基于遗传算法的卫星载荷舱最大偏心力矩计算

在计算卫星载荷舱最大偏心力矩时, 若只考虑位于载荷舱保持架转轴上部的设备产生的偏心力矩, 则在某些特殊情况下得到的并不是最大偏心力矩。文章综合考虑载荷舱设备安装实际情况, 采用遗传算法来确定最大偏心力矩, 并通过实例计算表明:利用遗传算法寻优的方式, 能够得到更准确的最大偏心力矩, 避免欠设计的隐患。     

空间天线弹簧展开机构在轨展开热分析研究

径向肋伞状天线采用缓释弹簧分布式驱动技术实现在轨展开,弹簧展开机构可靠工作成为影响天线功能实现的决定性因素。机构暴露在舱外恶劣的空间热环境中,但其内部结构热变形和润滑特性等需求对工作温度提出了严苛的要求。本文结合伞状天线弹簧展开机构入轨初期的瞬时控温要求和卫星热控资源约束,采用有限元分析软件TMG,建立完整的热数学模型对机构在轨展开时刻温度水平进行了瞬态热分析和主动控温加热器优化设计。飞行遥测温度数据表明,弹簧展开机构热控设计合理可行,满足在轨展开时刻的工作温度要求,为天线成功展开奠定了良好的基础。     

空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系统

研究了使用飞轮和变速控制力矩陀螺的空间站基于动量管理的集成能量与姿态控制系 统（Integrated Power and Attitude Control System IPACS）。设计了使用飞轮和变速控 制力矩陀螺的空间站基于动量管理的IPACS框架,通过仿真验证了基于动量管理的IPACS的有 效性,以及相对于单独的IPACS的优越性,同时变速控制力矩陀螺因同时具备飞轮和框架力 矩陀螺的特点更适用于空间站长期在轨的姿态控制和能量存储要求。
     

固-液相变装置传热性能数值计算研究

卫星内安装的某些设备在轨长期工作时要求维持较恒定的温度,特别是热容较小的设备受外热流影响温度波动会比较大,文章在传统热控设计的基础上增加了相变装置,利用焓法建立了设备、蜂窝板、相变装置统一的控制方程,研究了空间环境下相变装置的热性能。结果表明:采用相变装置有助于提高散热面的等温性,同时能够有效降低设备的温度波动范围,为航天器内设备的热控设计提供了一定依据。     

中巴资源一号卫星（FM1）热控分系统在轨飞行性能分析

论述了中国和巴西联合研制的资源一号首发卫星(FM1)的热设计概况，根据在轨飞行四年的温度遥测数据，进行了天地数据比对和整星的热控性能分析，并对有效载荷CCD相机、磁带机以及电源和姿轨控系统的关键设备(如Cd—Ni电池、红外地平仪、陀螺组件等)的控温效果给以了评价，对热控分系统的主要部件(如热迭涂层、多层隔热材料、电加热器等)的热控性能作出了评估。分析表明，热控分系统的设计满足了总体的技术要求，为整星提供了良好的温度环境，同时也为延长卫星寿命提供了一个基本条件。     

天地环境差异对航天器设备安装精度影响分析

文章分析了地面重力环境和在轨内压环境对不同位置和状态下的载人航天器陀螺组件及姿轨控敏感器设备安装精度的影响,并进行了试验验证,分析结果与试验数据一致性较好。研究结果显示:设备布局位置不同,其安装精度受环境差异的影响程度也不同;航天器在空载、垂直停放状态下,设备安装精度受地面重力环境影响较小;陀螺组件和姿轨控敏感器A的安装精度受在轨内压环境影响较小,在地面常压环境下的精测结果能够真实反映其在轨状态,而姿轨控敏感器B的安装精度受压力环境影响明显。以上结果可为航天器设备布局及精度测量工作提供借鉴。     

大型三轴气浮台转动惯量和干扰力矩高精度联合辨识技术

利用三轴气浮台对遥感卫星进行载荷平台一体化全系统闭环物理仿真,可模拟卫星在轨运行时的动力学特性,验证整星在轨状态下的姿控特性和相机成像特性等。高精度辨识气浮台转动惯量和综合干扰力矩为三轴气浮台质量特性调整及量化评估整星级试验性能提供重要参数。文章提出一种新的大型三轴气浮台转动惯量和干扰力矩联合辨识技术,通过台上飞轮对三轴施加激励作用,利用激光陀螺等姿态测量数据实现对台体惯量矩阵和干扰力矩的高精度联合辨识。与传统辨识方法不同,该技术仅利用本体角速度信息,不需要角加速度信息,避免了角速度微分引起的噪声放大,将转动惯量辨识相对误差控制在3.5%以内,气浮系统综合干扰力矩优于0.003 N·m,满足了高精度参数辨识需求。