基于DSP和FPGA的静电悬浮加速度计控制器设计

针对静电悬浮加速度计高稳定悬浮控制和极微小加速度信号处理需求,设计了一种基于数字信号处理（digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA)的加速度计控制器。该控制器采用DSP作为主控芯片,FPGA为辅助控制芯片。基于加速度计的工作特性,设计了一种加速度计工作模式切换控制策略,可根据加速度计当前工作状态,自动或者手动切换工作模式。基于加速度计的工作原理和测量需求,设计开发了基于FPGA的比例、积分、微分(proportional integral derivative,PID)控制算法和有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波算法。为验证该控制器的控制性能,开展了地面高压悬浮实验。结果表明,该控制器及控制算法可以快速准确地实现加速度计稳定悬浮控制和模式切换,并且可以实现软件在轨重构和控制参数在轨更新,为后续重力场探测、空间引力波探测以及自主导航等提供了工程参考依据。     

静电加速度计对重力卫星平台的要求分析

静电加速度计是重力卫星的核心有效载荷,其非保守力测量精度是地球重力场反演任务成功执行的有效保证。文章分析了静电加速度计的测量信号以及对重力卫星平台的指标要求,重点指出满足这些要求应解决的关键技术,最后建议我国开展重力卫星研究。     

Attitude determination of planetary exploration rovers using solar panels characteristics and accelerometer

In this study, we propose a new attitude determination system, which we call Irradiance-based Attitude Determination (IRAD). IRAD employs the characteristics and geometry of solar panels. First, the sun vector is estimated using data from solar panels including current, voltage, temperature, and the normal vectors of each solar panel. Because these values are obtained using internal sensors, it is easy for rovers to provide redundancy for IRAD. The normal vectors are used to apply to various shapes of rovers. Second, using the gravity vector obtained from an accelerometer, the attitude of a rover is estimated using a three-axis attitude determination method. The effectiveness of IRAD is verified through numerical simulations and experiments that show IRAD can estimate all the attitude angles (roll, pitch, and yaw) within a few degrees of accuracy, which is adequate for planetary explorations.     

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。     

国外航天器在轨捕获技术综述

论述了国外延寿飞行器设计方案中采用的各种在轨捕获技术,典型捕获机构包括伸缩杆、机械臂、飞网或飞爪等,比较分析了技术复杂性、成本、工程可实现性等问题,最后建议采用通用性好的空间机械臂作为在轨捕获机构,以充分满足在轨延寿、离轨和在轨维修等任务需求。     

导航卫星在轨运行分析与管理

为加强导航卫星在轨管理,提高在轨处置效率,提升星座服务整体性能,在充分总结导航星座在轨三方协同管理经验的基础上,创新性地开展了星座在轨分级管理工作实践。通过在轨组织分级管理、异常问题分级处置、遥测参数分级监视、支持系统分类管控等管理实践,对星座卫星星上产品特性及趋势分析进行周期性评估、关注卫星长期稳定运行健康状况、持续开展卫星使用策略优化,有效保证星上状态可控,最大程度提高卫星在轨处置能力。通过在轨分级管理实践,提高了异常处置效率,确保判读全面、处置准确,实现了在轨管理的模式化、专业化运行,对星座系统在轨管理工作具有重要的参考价值。     

航天器在轨寿命预测与可靠性评价

文章重点分析了航天器在轨寿命和可靠性的影响因素,提出了航天器在轨寿命预测和可靠性评价的基本研究思路并分析了研究的内容,提出了航天器基础在轨寿命的概念。     

专家知识在在轨管理中应用的设想

随着在轨航天器的种类和数量日趋增多,航天器工作状态的实时监测诊断成为我国航天器长期管理中的重大工程技术课题。文章提出了一种面向对象的航天器实时监测、故障诊断知识描述语言的设计思想,该描述语言具有较强的可扩展性和继承性,能够适应在轨航天器日益增多对地面管理提出的自动化、智能化的迫切要求。     

“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估

＂资源三号＂卫星是中国第一颗民用三线阵立体测图卫星,实现了中国民用高分辨率测绘卫星领域零的突破,对中国测绘事业的发展具有革命性意义,是中国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。在轨几何定标是测绘卫星应用的一个重要环节,文章利用武汉大学在河南嵩山地区建设的几何定标场等基础设施实现了＂资源三号＂卫星的在轨几何定标,并对定标结果进行了试验验证。试验结果表明：基于高精度几何定标场几何定标后,＂资源三号＂卫星可以获得很好的无地面控制精度以及少量控制下的平面和高程精度,完全可以满足1︰50 000测图精度要求。     

高分三号卫星控制分系统设计与在轨验证

高分三号(GF-3)卫星是国内首颗设计寿命8年且转动惯量最大的低轨遥感卫星。与以往同类卫星相比,文章针对GF-3卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度姿态全零多普勒导引技术、高精度高稳定度姿态控制技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

在轨流体管理技术进展和关键技术分析

综述了国外在轨流体管理技术的发展现状与趋势,分析了低温流体长期在轨贮存、在轨加注、空间流体生产等主要技术,并提出了在轨流体管理中需突破的关键技术难题。     

在轨维护与服务体系研究

在梳理在轨维护与服务主要任务、关键技术及相应指标需求的基础上,总结出了在轨维护与服务的任务体系、技术体系和指标体系,提出了下一步技术发展重点建议。     

美国在轨制造技术发展现状及启示

介绍了美国空间焊接、空间增材制造等技术的发展情况,总结了美国在相关领域的研究热点,包括新型的空间在轨焊接方法、下一代多功能3D打印系统、增材制造实现空间大型结构在轨制造技术等,论述了美国在轨制造技术发展对我国在轨制造技术研究的几点启示。研究结果可为我国在轨制造技术未来研发决策布局提供参考。     

卫星电源系统在轨故障分析及对策

卫星电源系统的在轨高可靠、安全运行已经成为当前卫星研制中关注的重点。文章针对国外卫星电源系统在轨故障案例进行收集和整理,并对故障机理及对策进行了总结,以有助于指导电源系统设计,提高我国卫星电源系统在轨运行的可靠性和安全性。     

在轨热控涂层试验器设计与标定试验研究

长寿命卫星热控涂层暴露在空间环境中,受到多种空间辐射效应的影响,会产生一定程度的退化。为准确掌握热控涂层在轨退化数据,文章设计了一种涂层试验器,基于能量平衡方程建立了测试热控涂层太阳吸收比的数学模型,并完成了地面标定试验。该装置具有结构简单和测试精度高的优点,为此开展了常用热控涂层空间搭载试验,获取涂层在轨退化数据,为卫星热控设计和热分析提供参考。     

一颗低轨道卫星在轨故障抢修与恢复

某遥感卫星,在发射入轨稳定运行期间,各项性能指标优于设计要求。由于陀螺停转导致卫星故障,主份贮箱燃料和蓄电池电源已耗尽,卫星处于自由旋转状态。通过实施一系列抢救控制方案,经过2个月左右的艰苦努力,将卫星恢复正常。抢救后的在轨测试表明,卫星各项性能指标与发生故障前相当。文章介绍了卫星抢救过程的控制技术及实施情况。     

高分三号卫星飞行程序设计与在轨验证

高分三号(GF-3)装载有大型合成孔径雷达(SAR)天线及大型太阳翼,因此在其飞行程序设计中要重点考虑太阳翼和SAR天线的展开设计,以及它们的展开对卫星的扰动力矩和姿态的影响。通过分析显示:太阳翼展开对卫星姿态角和姿态角速度影响较大,为此对几种太阳翼展开未锁定的情况作出故障预案;通过分析SAR天线展开的动力学特性,以及SAR天线展开对卫星姿态的影响,进行相应设计,并为实现SAR天线展开可控,采取相应措施。GF-3卫星在轨验证结果表明:太阳翼和SAR天线展开结果良好,飞行程序设计合理有效。     

航天器在轨服务捕获装置技术研究综述与展望

空间捕获装置是航天器在轨服务与维护任务的重要末端执行器,承担着捕获包括航天器、舱段、空间碎片及实验样品等多种目标的任务。根据被捕获目标的性质可以将捕获装置分为合作目标捕获装置和非合作目标捕获装置2大类。在捕获装置设计过程中,捕获目标是否具有特定的抓持结构则是捕获装置机构形式设计的先导因素,根据捕获目标是否具有特定的抓持结构,可以将捕获装置分为基于抓持结构的捕获装置以及非基于抓持结构的捕获装置。以捕获装置工作原理与捕获目标类型为分类依据,对捕获装置进行分类,分别阐述了其技术原理与关键技术,并对各类捕获装置进行了对比分析,根据分析结果指出了捕获装置未来的发展方向。     

柔性和刚性材料自修复技术在轨试验设计

微流星体和空间碎片的撞击会导致航天设备的材料发生微裂纹和/或穿孔等破坏,所造成的潜在危险是载人航天面临的巨大挑战之一。对此,空间环境下的材料自修复技术可能是一种有效的解决手段。文章开展柔性和刚性材料自修复技术的在轨试验设计,以针刺模拟自修复材料被击穿,用相机记录试件内部液体流出后受紫外光辐照迅速固化以修复损伤的自愈合过程及修复时间,测试材料修复后的物性指标等。本研究可推动柔性和刚性材料自修复技术在载人航天领域的发展与应用。     

高分三号卫星自主任务规划设计与在轨验证

对高分三号(GF-3)卫星的工作模式以及地面操作指令形式进行介绍,在此基础上设计了自主任务规划,提出单次记录、单天线单站边记边放、单天线双站边记边放等9种自主任务规划编排指令模板。自主任务规划设计在GF-3卫星常规执行任务中的应用结果表明:设计合理、操作便捷,能有效地提高GF-3卫星的好用易用性,可为后续SAR卫星设计提供参考。