一体化、轻量化卫星承力筒的研究

承力筒是卫星结构的关键部件。文章首先介绍了一种轻量化的蜂窝夹层结构承力筒,一体化设计了柱段和锥段,优选了蒙皮铺层;随后详细阐述了承力筒的主要工艺流程,给出了制造结果;在通过模态试验、振动试验等验证后,该承力筒成功地应用于某卫星上。最后,文章给出了该承力筒研制成功的重要意义。     

承力筒模态分析与测试

对卫星的关键主承力结构——承力筒进行模态分析与测试是了解其结构特性的重要手段。文章采用悬挂法和固支法对某卫星用两种结构设计的承力筒进行了模态分析与测试,并对比分析了这两种方法对分析与测试结果的影响,最终确定了承力筒的模态特性。模态试验属于有效性确认试验,应根据具体的试验对象,慎重选择合理的试验方法。     

对卫星承力筒结构合理选用的初步研究

对铝合金桁条蒙皮结构的承力筒、碳纤维蒙皮桁条结构的承力筒、波纹筒和蜂窝筒的力学性能、制造工艺、研制成本及周期等进行了多方面的综合比较，认为承力筒的结构应根据卫星总体构型及其要求、承载能力、经济实力和对有效载荷的适应性等多方面的需求，合理和适当地选用承力筒结构。给出了选用卫星承力筒结构的一般原则。     

蜂窝夹层结构承力筒在FY-3卫星上的应用

为进一步提高卫星的性能，将蜂窝夹层结构用于“风云三号”(FY-3)卫星推进舱和服务舱的承力筒。对蜂窝夹层结构承力筒进行了设计、生产和试验，并对承力筒的结构参数进行了优化分析。计算和试验结果表明，卫星采用蜂窝夹层结构承力筒，能满足设计要求，对结构减重具有重要意义。     

碳纤维承力筒一体化结构设计及试验验证

为了减小卫星结构质量并保持良好的力学传递性能,文章在不改变原中心承力筒构型和外部接口的情况下,对碳纤维T800H树脂基复合材料的桁条加筋承力筒进行了锥柱一体化的结构设计,包括:采用可行方向法优化了承力筒的尺寸,确定了蒙皮单层铺层厚度和铺层方式,对端框进行了一体化的设计,以及各部件采用胶接的方式。优化后的承力筒结构质量减小约52.4%。对该承力筒在整星状态下进行相应的力学分析,完成了承力筒静力试验和整星的振动试验,结果表明,该承力筒的结构性能满足使用要求。     

力限控制技术在卫星承力筒振动试验中的应用

针对振动试验中存在的过试验问题,以卫星承力筒振动试验为例,建立了振动台和承力筒二自由度耦合分析模型,通过仿真计算得到承力筒所受作用力的值。在振动试验中进行力测量,验证了模型的可靠性。通过理论计算与试验数据比较,对振动试验的过试验程度进行了分析。进行了力限控制试验摸索,对加速度控制和力限控制的效果进行了分析对比。     

力限控制技术在卫星承力简振动试验中的应用

针对振动试验中存在的过试验问题,以卫星承力筒振动试验为例,建立了振动台和承力筒二自由度耦合分析模型,通过仿真计算得到承力筒所受作用力的值.在振动试验中进行力测量,验证了模型的可靠性.通过理论计算与试验数据比较.对振动试验的过试验程度进行了分析.进行了力限控制试验摸索,对加速度控制和力限控制的效果进行了分析对比.     

小卫星贮存可靠性研究

分析了国外航天产品的贮存现状,国内航天产品在贮存方面的历史和现在的需求,以及遇到的主要问题。在此基础上,有针对性地开展了小卫星贮存可靠性试验研究,得出了小卫星典型电子设备及其印制电路板的电性能、整星结构精度、结构板强度、粘接胶粘接强度和预埋热管等温性等在地面长期贮存后的变化情况,取得了初步成果,为深入开展国内航天产品贮存可靠性研究提供参考。     

基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。     

基于有限元--离散元耦合的粒子阻尼减振研究

在侧挂构型发射任务中,中心承力筒与卫星直接连接,其动力学特性对卫星的振动响应有直接影响。首先分析中心承力筒的模态特性,据此完成粒子阻尼器的结构参数设计。随后,使用有限元--离散元耦合仿真方法,确定了阻尼器填充粒子的最佳直径和阻尼器最佳安装位置。仿真结果表明,该方案下星箭界面减振效果可达40%。最后,使用最优粒子阻尼参数开展水平激励实验。实验结果表明,与未安装粒子阻尼器相比,中心承力筒+粒子阻尼器组合体的减振效果可达35%以上,与仿真结果一致。     

月球重力场环境对月球卫星轨道影响分析

文章分析了月球复杂的重力场环境对月球卫星轨道运行的影响。通过月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的对比分析,结果表明月球重力场存在较大异常,并由此引起月球卫星轨道发生较大漂移。另外,月球冻结轨道在带谐项影响下还存在中等周期的漂移,仅简单考虑带谐项系数无法求得完美的月球冻结系数。由于月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球轨道卫星情况相比存在很大差异,因此月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计必须充分考虑此影响。     

卫星编队多Agent软件结构仿真研究

随着小卫星技术的发展,今后由多颗微小卫星近距离编队飞行将成为在轨航天器部署的主要形式。本文把多Agent思想引入卫星编队,提出了基于多Agent卫星编队软件结构,根据编队中不同卫星Agent的智能水平和相互关系给出了4种分布形式,在把智能水平最高的主星Agent模块化结构做重点介绍的同时,以避免两星碰撞为例阐述了模糊控制逻辑在主星决策Agent中的应用。     

International collaboration: the cornerstone of satellite land remote sensing in the 21st century

Satellite land remotely sensed data are used by scientists and resource managers world-wide to study similar multidisciplinary earth science problems. Most of their information requirements can be met by a small number of satellite sensor types. Moderate-resolution resource satellites and low-resolution environmental satellites are the most prominent of these, and they are the focus of this paper. Building, launching, and operating satellite systems are very expensive endeavors. Consequently, nations should change the current pattern of independently launching and operating similar, largely redundant resource and environmental satellite systems in favor of true and full collaboration in developing, launching, operating, and sharing the data from such systems of the future. The past decade has seen encouraging signs of increasing international collaboration in earth remote sensing, but full collaboration has not yet been attempted. A general strategy to achieve such international collaboration is presented here, including discussion of potential obstacles, ideas for organizing and overseeing the long-term process toward collaboration, and short-term objectives whereby early successes critical to accomplishing long-term goals can be achieved.     

Evaluation of a satellite constellation for active debris removal

This paper analyzes an example of a three-dimensional constellation of debris removal satellites and proposes an effective constellation using a delta-V analysis that discusses the advisability of rendezvousing satellites with space debris. Lambert?s Equation was used to establish a means of analysis to construct a constellation of debris removal satellites, which has a limit of delta-V injection by evaluating the amount of space debris that can be rendezvoused by a certain number of removal satellite. Consequently, we determine a constellation of up to 38 removal satellites for debris removal, where the number of space debris rendezvoused by a single removal satellite is not more than 25, removing up to 584 pieces of debris total. Even if we prepare 38 removal satellites in their respective orbits, it is impossible to remove all of the space debris. Although many removal satellites, over 100 for example, can remove most of the space debris, this method is economically disproportionate. However, we can also see the removal satellites are distributed nearly evenly. Accordingly, we propose a practical two-stage strategy. The first stage is to implement emergent debris removal with the 38 removal satellites. When we find a very high probability of collision between a working satellite and space debris, one of the removal satellites in the constellation previously constructed in orbit initiates a maneuver of emergent debris removal. The second stage is a long-term space debris removal strategy to suppress the increase of space debris derived from collisions among the pieces of space debris. The constellation analyzed in this paper, which consists of the first 38 removal satellites, can remove half of the over 1000 dangerous space debris among others, and then the constellation increases the number of the following removal satellites in steps. At any rate, an adequate orbital configuration and constellation form is very important for both space debris removal and economic efficiency. Though the size of constellation of debris removal satellites would be small originally, such a constellation of satellites should be one of the initial constellations of removal satellites to ensure the safety of the future orbital environment.     

高速率数据接收存储系统设计

在遥感系列卫星进行地面联试时,需要对大量有效载荷和平台数据进行处理及高速持续大容量记录,以达到测试卫星有效载荷和平台数据的目的。针对以上需求,提出了基于高级在轨系统(AOS)协议的高速率数据处理、存储及测试验证方案,阐述了其实现过程,并做了性能分析。该方法已经运用到某型号分系统地面测试中。     

基于遗传算法的多星座选星方法

提出了一种基于遗传算法的选星方法,该方法能够准确、快速地实现多个全球导航卫星系统(GNSS)下选星颗数大于4的选星。经过大量试验确定了遗传算法选星的选择、交叉、变异等关键参数,并通过在交叉和变异中穿插染色体优选过程克服了遗传算法的选星结果容易陷入局部最优的缺点。以不同GNSS星座个数和不同选星颗数下的选星仿真校验了所设定遗传参数的有效性和可靠性。仿真结果表明,利用遗传算法可以高效、准确地实现选星,该方法特别适用于多星座多选星颗数的情况。     

基于条件生成对抗模型的遥感卫星影像重建技术研究

为了快速侦察未知区域的地貌信息，遥感卫星可对特定区域进行扫描以获取遥感卫星影像。当卫星经过国外未知区域时，部分卫星无法针对某特定区域进行长时间的驻留扫描，本文提出一种基于条件生成对抗网络模型（Conditional Generative Adversarial Network，CGAN）进行网络训练，前期将某方法获取的区域轮廓地形信息作为CGAN网络的生成网络和鉴别网络中的条件约束信息，通过网络生成器与判别器在训练过程中互相博弈产生特定的输出集，有效地实现由单张电子轮廓图像到对应卫星遥感图像的端到端的非线性映射。本文通过原真实卫星遥感图像与生成卫星遥感图像进行四种对比误差计算，平均误差、均方误差与结构相似度均高于99%，峰值信噪比高于30 dB，生成的图像与原图像之间具备高相似度，实现了在获取坐标定位轮廓信息的先验条件下，对特定区域进行遥感卫星影像内容重建技术。     

分布式卫星编队飞行队形保持协同控制

针对分布式卫星编队飞行队形保持控制问题提出一种分布式协同控制算法,并给出该协同控制算法与编队卫星星间信息传递拓扑结构之间的关系。该协同控制算法以模型预测控制为基础,利用分布式编队卫星的自然特性以及编队卫星之间的信息传递拓扑结构,采用分布式的算法结构,设计分布式的模型预测协同控制算法。该控制算法是一种在线滚动优化控制算法,同时能够较好地解决存在状态约束、控制输入约束等情形下的各种控制问题。最后通过数值仿真验证了结果的有效性。仿真结果表明,当编队卫星星间信息传递拓扑结构中存在生成树时,提出的分布式协同控制算法能够有效地应用到编队卫星队形保持控制问题上来。     

编队飞行小卫星相对姿态控制研究

以四元数作为定位参数对编队飞行小卫星进行相对姿态控制。首先给出了以误差四元数作为反馈量 ,基于参考卫星的相对姿态控制律 ,其次 ,研究了由若干颗相同卫星组成的编队卫星 ,在卫星姿态达到指定的方位时 ,相互之间也要满足一定要求的相对姿态控制律。最后进行了仿真计算 ,说明了两种相对姿态控制的有效性和可行性     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明：联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。