MEMS技术的发展及其在航天领域的应用研究

简述MEMS概念和特点,分析MEMS技术应用于航天领域的优势及其技术发展情况,重点对MEMS技术在微纳卫星领域的应用以及对微纳卫星技术发展的牵引作用进行了研究.     

基于微机电系统的微推进发展新趋势

纳皮型卫星和卫星编队飞行的发展,对星上推进系统提出了更高的要求,基于微机电系统(MEMS)技术的微型推进系统以此为契机迅速发展起来。基于MEMS技术的微推进除了具有成本低、体积小、质量轻等优点之外,还具有很高的集成度。它利用MEMS加工技术,能将推进系统的推进剂、贮箱、喷嘴、阀门、推进剂进给系统,以及某些微传感器和执行器,甚至控制电路都集成在一个或几个硅片上,再通过键合等微连接装配技术将这些MEMS器件组装在一起,形成功能完善、稳定性高的集成微推进系统。目前国内外对集成式微推进的相关研究大部分都处于设计和试验阶段。随着MEMS技术的不断发展和进步,集成式微推进技术将日趋成熟,并最终广泛应用于微小卫星领域。     

RF MEMS器件在航天领域的应用

概述近年来国内外RF MEMS器件在航天领域的部分应用及发展趋势,重点介绍了RF MEMS开关、RF MEMS移相器和RF MEMS滤波器在航天领域的应用.     

航天微系统技术综述

航天微系统技术包括专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、单片微波集成电路(MMIC)、混合集成电路(HIC)等微电子技术和微机电系统(MEMS)。文章介绍了这几种技术的特点、发展现状,以及在航天中的应用情况和应用前景。ASIC与SoC技术可显著提高电子系统的集成度和性能,已在航天中得到广泛应用。MMIC技术可用于航天器通信载荷和平台的射频通信部件,已在欧美航天器中大量应用,目前正朝高频段发展。HIC主要包括厚膜HIC和薄膜HIC,特别适于功率器件和微波器件的集成,目前国外已有大量产品用于航天,如"国际空间站"(ISS)。MEMS技术可用于航天器导航、热控、推进、光学遥感与通信等系统,甚至可对航天器设计方法产生重要影响,但目前还处于起步阶段。在以上技术领域,我国虽已开展了一些研究,但与国外相比还存在较大差距。文章针对航天微系统技术的产业布局、发展方式等提出了建议,可为我国的发展规划和战略决策提供参考。     

基于MEMS的微槽冷却系统在微纳卫星热控中的应用

介绍了基于微机电一体化系统(MEMS)的微槽冷却系统的研究成果。分析了将微槽冷却系统用于微纳卫星热控设计时的特殊要求。讨论了表征微槽冷却系统性能的水力学系统和传热性能。理论分析和数值模拟结果表明,微槽冷却系统可使大热流密度的热源芯片温度维持在较低的范围内,能满足微纳卫星热控的要求。研究认为,压降和热阻均较小的深槽可在小泵功率时提供较优的传热性能。     

微机电系统技术及其在卫星中的应用

一、微机电系统(MEMS)技术概述MEMS技术的术语近几年来不仅在传感器技术、测控技术和微电子技术领域频繁出现,也在航天技术领域中不断出现。     

国外几种新型微化学推力器

介绍了国外几种以微机电系统 (MEMS)技术为基础的液体和固体微化学推力器。这些新型微化学推力器具有MEMS技术微型化、低成本和批量生产的优点 ,并考虑了体积限制和高度集成等空间限制 ,能产生 10 -6～ 10N·s的推力脉冲 ,可用于微型卫星和纳米卫星的姿态调整、变轨和定向的精确控制。同时阐述了这几种微推力器结构特点和制造工艺 ,并与其他类型的推进器进行了比较     

MEMS惯性传感器研究现状与发展趋势

基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的惯性传感器具有重量轻、成本低、体积小等优点,在民用、航天及军事领域有着极其广阔的应用和发展前景。伴随着MEMS技术的快速发展,MEMS惯性传感器各项性能指标也得到了显著提升。对MEMS陀螺仪、MEMS加速度计以及MEMS惯性测量单元(IMU)的基本工作原理、分类及研究现状进行梳理,并对其发展趋势进行了分析与展望。     

微纳卫星光学载荷技术发展综述

阐述了微纳卫星光学载荷从单一摄像头到应用模式多样的综合系统的发展过程。调研了国外微纳卫星光学载荷的发展现状及特点,如轻小型化、紧凑化、观测任务多样化和视频成像,主要表现在低成本商业遥感应用,适于新技术演示验证、光学载荷图像产品的网络应用、商用现货(COTS)技术应用、模块化技术体系等方面。通过归纳总结得出以下启示:我国微纳卫星光学载荷发展应紧跟国际步伐,瞄准低成本商业遥感方向,建立标准化、模块化微纳卫星光学载荷技术体系;发展颠覆性技术(薄膜衍射成像和液晶可调光谱滤光片用于高光谱成像),积极探索微纳卫星光学载荷研制模式的创新。     

皮型卫星的发展与MEMS卫星设计

按照国际通用的分类方法，皮型卫星是特指重量在1kg以下的微小卫星。随着微电子技术的发展，特别是近年来以微机电系统(MEMS)和微光机电系统为代表的微米和纳米技术的发展，使得皮型卫星的实现成为可能。由于皮型卫星在军民领域都存在着巨大的应用潜力，因此它已成为继纳型卫星之后各国争相研究的新热点。自2001年起，清华大学开展了皮型卫星方面的研究，提出研制一颗名为“MEMS卫星”的固态化皮型卫星。本文通过分析作者两年来搜集的国际皮型卫星资料，从研究背景、意义、特点、进展等方面阐述了研制皮型卫星的必要，洼和可行性，并介绍了MEMS卫星的相关研究进展情况。     

微纳卫星光学有效载荷的发展机遇与挑战

目前,微纳卫星已成为航天活动的热点领域之一,向着高性能、智能化、网络化方向发展,在航天创新发展中的作用越来越突出。微纳光学载荷要求具有体积小、质量轻、成本低等特点,各类新型微纳光学载荷技术不断发展,提供了新的解决方案。文章介绍了光学遥感微纳卫星的整体技术发展情况,结合低成本商业遥感等应用方向,分析了微纳卫星光学有效载荷的发展趋势和新型微纳卫星载荷发展面临的机遇与挑战,提出了微纳光学载荷的设计理念和关键技术,论证了在轨深度数据处理对微纳卫星星座的重要意义。文章为研制成本低、分辨率高和机动性能力强的微纳型遥感卫星提供技术基础,并提出了中国光学遥感微纳卫星的后续发展建议。     

基于MEMS技术的微型阀研究

根据微机电系统(MEMS)技术和微型阀技术的研究现状与发展趋势,在微型阀致动机理分析和性能对比的基础上,通过对微型阀结构的理论计算和数值模拟,论证了静电致动和压电致动两种微型阀方案,确定了微推进系统用微型阀的主要技术参数和性能指标;通过结构设计和MEMS工艺攻关,完成了基于MEMS技术的压电致动微型阀原理样件制造,并进行了初步的原理试验验证和性能检测。结果表明,基于MEMS技术的压电致动微型阀原理可行,方案合理;通过进一步的结构优化,解决多层键合和系统封装工艺,可以获得高性能的微型阀,为小型、轻质和集成化微推进系统研制奠定基础。     

MEMS航天惯导产品及技术发展简介

概述近年来微机电系统(MEMS)在航天惯导方面的发展情况,综述国内外有关MEMS产品的实现方案与性能指标,并对该领域的技术发展方向进行了分析.     

国外对地观测微纳卫星发展趋势分析

针对微纳卫星对地观测系统发展水平较高的美国、英国、日本、阿根廷、芬兰等国的典型微纳卫星对地观测系统,从系统的发展目标、系统构成、发展历程、目前状况,以及系统(卫星)的主要性能和技术状态等方面进行了较为全面的论述。从中可看出,微纳卫星可获取亚米级分辨率的光学和合成孔径雷达图像,使微纳卫星的技术水平大幅提高;对地观测系统微纳卫星的数量从数颗、几十颗到数百颗,组网卫星的数量多,能够高频次地获取所观测目标的信息。经比较、分析与归纳,微纳卫星对地观测系统呈现出中分辨率与高分辨率协调发展,主动观测方式与被动观测方式全面发展,军民融合式发展,以及微纳卫星对地观测系统之间的竞争更加激烈等发展趋势。     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

微纳卫星新型动力系统研究进展

微纳卫星指采用现代技术、微电子技术、机械技术等设计制造的具有高性价比的现代微小卫星。因其具有发射成本低廉、应用灵活等特点,微纳卫星受到各国的广泛关注。微纳卫星动力系统具有良好的发展前景。本文综述了微纳卫星动力系统的发展现状,针对自中和射频离子推力器、离子液体推力器、碳纳米管阵列推力器、石墨烯材料光驱动等几种新型且有望用于微纳卫星推进的方案,简要说明其工作原理,并分析其核心技术以及性能优势。给出了发展建议:提升总冲、功耗、调节精度等参数是微纳卫星动力系统未来主要的发展方向;研发工作中需要重点关注结构工艺、离子束流中和等关键技术。     

微纳卫星产业发展探讨

针对微纳卫星研制需求与日俱增、风险资本大量涌入、新兴卫星运营商日渐成熟,以及低价且可靠的数据服务指日可待等产业发展特点,提出了微纳卫星发射机会相对受限、空间数据资源价值转化率低,以及微纳卫星不能及时离轨等现实问题,给出了发展主动定制化商业运载、变革卫星运控体制和重视并突破微纳卫星离轨技术的解决途径,可为微纳卫星产业的后续发展提供参考。     

北京遥测技术研究所MEMS工程中心

北京遥测技术研究所MEMS工程中心位于北京市丰台区东高地四营门北路2号院,中心洁净厂房总面积约1700 m2,是集设计、制造于一体的MEMS传感器产业基地及MEMS技术创新平台。中心根据产品生产需求和先进的工艺设计加工理念,建立了薄膜压力传感器及石英角速率传感器两条批量产品生产线。经过多年来的发展,还建立了碳化硅高温压力传感器、谐振式高精度压力传感器、石英振梁加速度传感器、硅微压力传感器、射频微同轴MEMS器件等先进产品研试线。     

编者按

正微系统技术融合了微电子、微机电和微光电技术,以系统架构和算法为核心,实现具备信号感知、信息处理、信令执行、互联通信和能源供给的一体化软、硬件多功能系统,并采用微纳制造及微集成工艺实现系统结构的微纳尺度化。它被公认为21世纪的革命性技术之一。作为下一个世界各国竞相布局的基础性、先导性战略领域,微系统技术承载了国家军事装备系统技术发展战略,也是社会经济发展的重要支撑。作为多学科交叉前沿科技领域,     

适用于微纳卫星的微型电推进技术研究进展

微型电推进技术具备体积小、质量轻、功耗低、比冲高等特点,是微纳卫星最合适的动力技术.结合微纳卫星对微型电推进系统的技术需求,综述了微型离子推力器、低功率霍尔推力器、场致发射电推力器、离子液体电喷雾推力器、真空电弧推力器、脉冲等离子体推力器等六种典型微型电推力器的工作机理、性能参数范围及研究和应用现状,分析了气体工质电离...