继往开来,开拓创新,努力打造国际一流的航天器AIT中心

自“东方红一号”卫星发射45年来,作为我国各类航天器系统级总装与专业测试、环境试验与可靠性研究代表性单位的北京卫星环境工程研究所取得了快速发展。文章综述了该所的航天器总装技术和环境试验能力,重点介绍航天器总装技术与工艺、总装专业测试技术、真空热环境试验技术、空间光学及光学特殊试验技术、动力学环境试验技术以及磁环境试验技术近十年的发展概况,展望了未来的发展愿景。作为中国最早开展航天器环境试验技术研究的单位之一,北京卫星环境工程研究所正努力发展、提升各项专业技术,以打造国际一流的航天器总装集成与专业测试中心。     

电推进航天器的特殊环境及其影响

文章介绍了应用离子和霍耳电推进系统在航天器周围产生的等离子体和电磁场等特殊环境,讨论了这些特殊环境对航天器各分系统或部件产生的溅射腐蚀、沉积污染、充放电、等离子体干扰、碰撞动力学扰动等影响效应,探讨了研究电推进与航天器相互作用效应的地面试验技术、空间飞行试验技术和模型分析技术,介绍了离子电推进系统与航天器相容性分析评价的技术要点。     

航天器动力学环境分类与数学描述研究

结合航天器动力学环境的主要技术背景和我国航天型号研制的实际情况,通过分析研究美国宇航局标准NASA-HDBK-7005《动力学环境准则》,介绍航天动力学环境的主要分类以及描述方法,阐释航天动力学环境冲击响应谱的计算力学系统及其相关标准的应用。     

动力学环境试验技术在航天器结构故障诊断中的应用

文章概括介绍了故障诊断领域的应用发展情况,并以某航天器结构故障诊断为例,详细介绍了运用多种动力学环境试验技术对故障原因进行诊断的过程。说明有效地运用动力学环境试验技术,不但可以暴露结构设计缺陷,还可对航天器的结构故障状态进行诊断分析,准确查找出故障产生原因,为设计人员改进设计、排除故障提供有力的依据。     

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。     

航天器动力学数据采集分析系统

针对航天器动力学环境试验测试的特点,自主研制了以VXI总线为基础的128通道航天器动力学数据采集处理系统.文章介绍了系统的构成和特点,在硬件上采用块传输和同步时钟等技术,在软件上应用面向对象技术及功能模块分层管理的思想.该系统突破了高速同步采样、大容量数据实时传输、并行任务实现等关键技术,并具备一定的扩充空间,可以投入型号研制中使用.     

微重力科学与应用研究（上）

空间微重力环境的独特物理现象对航天器各系统均产生无法回避的影响，在型号研制中正确计入微重力效应是航天事业发展中的一个重要研究领域。在现阶段，航天器发动机再启动相关的微重力研究以及载人航天防火安全相关的微重力研究应当引起人们的高度重视。随航天事业的发展，微重力效应问题日益会严重起来（结构动力学、耦合动力学、多相流温控、低重星球场着陆撞击……），进行深入广泛的微重力效应研究对保证航天器飞行任务完成有着不应忽视的作用     

航天器动力学研究内容的层次结构

简单介绍了航天器动力学学科多层次的研究对象、研究方法及研究成果,给出一个层次结构图。刚体、挠性体及液体是构成航天器的三类介质基元,分别涉及到不同特征的大量动力学问题。当多体之间相互连接构成不同类型航天器或航天器子系统时,连接结构不仅是其物质基础,同时还影响到多体系统的整体动力学特性。这些研究对象都是航天器动力学行为的内因;环境作用、控制作用是航天器动力学行为的外因;给出系统的稳定性判断则是航天器动力学研究的终极目标。     

低重力环境下复杂结构航天器动特性研究的实现途径

文章从试验技术与理论计算结合的角度,对解决复杂结构航天器低重力环境下大幅度液体晃动非线性动态特性问题和模拟月球重力环境下月球探测器动力学性能的研究,进行了建设性的论述。     

预报动力学环境的好帮手

本文章旨在介绍一个航天器工程设计工具———“VISPERS”。它对提升我国航天器设计水平有一定价值。与其他软件相比,该软件与其他软件相比有许多特色。首先,它可以在航天器初步设计阶段进行声振,、振动,、冲击分析,并直接输出部件级或系统级试验规范曲线。第二,使用方便,、快捷,、直观。,例如:可以一键预报动力学环境结果,也就是当用户点击航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动务学载荷、试验规范就马上显示。比如,它可以一键预报动力学环境结果。也就是用户点击到航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动力学载荷,试验规范就马上显示。第三,它可以提供其他动力学环境分析（如:火工品冲击,疲劳寿命分析）（比如:火工品冲击,疲劳寿命分析）。第四,各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小,使预报结果可信。因为声振,振动,冲击环境预报工作由航天器结构复杂和可靠性要求高而带来的不确定性很多,该软件针对这一难题,通过各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小。第五,引入由知识内涵编制的专家系统。这是该软件最大的特点。本文将对以上这些特色一一介绍。最后,提供一个火工品冲击损伤可能性的例子,说明该专家系统的工作应用价值。     

航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

航天器材料空间环境适应性评价与认定准则研究

航天器材料空间环境适应性是指航天器材料适应空间环境的能力,同时又是航天器系统级空间环境适应性的基础。确保航天器材料空间环境适应性是航天器研制初期重要环节。文章首先介绍了航天器材料的空间环境适应性类型;其次列举了材料空间环境适应性评价试验标准体系;然后分析了空间环境适应性评价手段与认定准则,包括选材阶段的评价试验、采购和使用阶段的验收试验以及空间环境适应性的认定。文章对我国航天器材料空间环境适应性评价与认定工作提出若干建议,为航天器材料选择和空间环境适应性控制提供参考。     

航天器运输过程中诱发的动力学环境分析

文章综合评述了航天器在公路、铁路、船舶以及航空运输过程中所诱发的动力学环境的原因和特点。对某型号在公路运输和航空运输过程中振动数据的统计分析结果表明:在公路运输过程中,路面不平和车辆的突然加速是诱发振动、冲击的主要来源;在航空运输过程中,飞机起飞、降落以及飞行中的气流扰动而引起的颤振是动力学环境的主要诱因。     

航天器洁净厂房环境监测规范化应用

航天器在地面工作和存储的环境洁净度要求高,国家标准和国家军用标准对航天器环境洁净度作了明确要求,并要求使用满足GB/T 25915—2021 《洁净室及相关受控环境》规定的洁净度监测仪器进行检测。文章对标准的相关内容、航天器洁净厂房洁净度监测过程中选用的激光尘埃粒子计数器及其优缺点作了介绍,探讨航天器洁净厂房洁净度监测的运行管理方法以及洁净度超标之后的处理措施。     

航天器设计中的环境要素与效应研究

航天器在全生命周期内经历各种各样的环境,用户和工程研制方需要根据任务活动定义所遇到的环境,设计人员则需要根据这些环境对产品的影响进行设计,以满足航天器的功能、性能、可靠性、安全性和环境适应性等要求。文章从环境工程角度分析了环境剖面的制定、分析和环境条件的演化过程,从产品设计角度研究了航天器在任务过程中遇到的各种环境要素,给出了典型的航天器环境要素以及需要考虑的特殊环境,总结了单一环境和组合环境对航天器的典型效应,可为我国航天器设计和试验提供参考。     

航天器动力学环境试验的发展概况和趋势

文章介绍了20世纪航天器动力学环境试验技术的发展概况和趋势,特别就试验技术的发展作了较详细的阐述.文章指出,试验工作对解决实际的问题仍然是主要的和基础的手段.     

基于六自由度运动平台的大型空间结构低频力学环境模拟研究

空间结构的大型化、复杂化导致其固有频率降低、模态密集,也使得低频动力学环境对其结构特性的影响日益严重。文章以大型环形网状可展开天线反射器为例,研究了大型空间结构的低频力学特性及其失效模式,分析了航天器动力学环境的低频特点,提出了基于六自由度运动平台的低频多轴力学环境模拟方法。     

空间次生环境研究及探测方法概述

文章基于空间次生环境及其效应定义,分别结合不同次生环境阐述了国内外在磁场作用下带电粒子对航天器的影响、航天器非金属材料出气的影响、航天器与空间等离子体相互作用影响、航天器发动机羽流效应和航天器舱内电子环境及效应等的研究状况,并有针对性地开展了典型的发动机羽流效应、放电监测系统和航天器自身磁场分布探测研究。     

含板类柔性附件的充液航天器动力学研究

对含有板类柔性附件和曲壁轴对称充液储腔的复杂航天器系统进行动力学建模和耦合机理研究。首先,采用Kirchhoff-Love薄板理论对航天器的板类柔性附件进行研究,通过D’Alembert原理得到柔性附件的振动方程,运用模态假设法将混合方程转换为常微分方程。其次,通过推导充液航天器储腔内任意点的运动,得到储腔液体的牵连速度势函数,采用Gauss超几何级数得到液体相对速度势函数的解析形式,通过Hamilton变分原理推导液体晃动的运动方程,以及液体速度势函数模态系数的控制方程。最后采用准坐标Lagrange方程得到耦合航天器系统的状态方程,通过数值仿真校验系统动力学模型的有效性。研究结果表明,刚性平台、液体、柔性附件的相互耦合效应使得航天器系统存在复杂动力学行为,在复杂航天器系统动力学建模过程中需要充分考虑液体晃动和柔性附件振动的影响,柔性附件的安装位置对于耦合航天器系统的动力学行为也有着重要影响。     

航天器的环境试验及其发展趋势

文章介绍了在航天器研制各阶段中环境试验的应用和环境试验类型,指出了环境试验在保证航天器可靠性中的重要作用.并简单讨论了试验的有效性问题,提出了21世纪航天器环境试验发展的几个重要方面.