我国航天器发展对材料技术需求的思考

文章在分析我国航天器任务特点和未来发展方向的基础上,从深空探测、载人航天、应用卫星平台及载荷能力发展、空间太阳能电站等在轨长寿命服役的需求出发,提出航天器结构、热控、特殊功能、电子等方面新材料发展需求的思考。     

航天器热控分系统对材料的需求分析

航天器热控分系统所使用的材料对于完成其任务具有重要的作用。文章介绍了航天器热控分系统对材料的要求以及应用情况,重点讨论了空间环境对热控材料的各种影响,并根据航天器总体和热控技术的发展需求,指出未来热控材料应重点发展高性能的导热和隔热材料、智能型热控涂层和新型功能型热控材料。     

辐射器展开角度对航天器热控能力影响的研究

为了在有限的结构尺寸下提高航天器热控系统的散热能力,提出与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案,建立可展开式辐射器空间散热模型,分析辐射器不同展开角度下系统的热控特性。结果表明,随着辐射器展开角度的变化,辐射器吸收的空间热流也随之发生变化,并最终决定热控回路的流量分配。在工程应用中,基于热控流体回路,通过调节可展开式辐射器的展开角度,可以有效提高航天器热控系统的能力范围。     

航天器非地球轨道热环境模拟技术探讨

月球、火星探测器等非地球轨道航天器与地球轨道航天器对热控的要求有很大的不同,为验证热控设计的合理性,必须在地面做好充分的热环境模拟试验.国内绝大部分空间环模设备都是以模拟地球轨道航天器在轨环境为目的建设的,显然不能满足深空探测需要.文章针对航天器非地球轨道深空热环境模拟技术进行探讨.     

引力波探测卫星热设计研究进展

介绍了各国引力波卫星热控问题的研究现状,分别分析了美国激光干涉空间天线(LISA)计划的引力波探测卫星、我国的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星的热控方式,详细阐述了引力波探测卫星在整星级热设计上存在的挑战,点明了目前的引力波探测卫星精密热设计技术与可以投入运行使用的引力波探测卫星实际需求的差距。具体分析了国内的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星在热控能力上与LISA卫星产生差距的原因,并介绍了几种国内航天器正在开发应用的新技术,为之后的引力波探测卫星热设计的进一步提升提供一定的理论基础。     

基于FTA的航天器热试验技术风险分析方法

文章针对航天器热环境试验技术风险,研究航天器热环境试验技术风险识别、评价、分析、控制的方法。应用FTA方法分析质量不合格,图形化分析底层作业动作与质量不合格的内在联系;基于研制流程将热试验过程展开,对底层动作的风险严酷度开展评价;应用风险控制理论,针对底层作业动作风险制定控制矩阵。实践证明以上方法使航天器热试验过程的技术风险得到有效控制,提升了航天器热试验业务能力。     

美国小行星俘获任务及其启示

小行星俘获(ACR)任务是美国Keck空间研究中心发起的一项深空探测任务。该任务计划选定一颗近地小行星,通过口袋式抓捕系统对其实施抓捕,并于2025年左右将其带回近月空间。文章介绍了ACR任务的内容和系统设计,具体包括:航天器总体构型、抓捕分系统、探测识别分系统和控制与推进分系统;对小行星抓捕的目标探测与识别、旋转匹配、抓捕、消旋、轨道转移等核心操作。基于ACR任务,提出了空间目标俘获技术的需求与应用、抓捕航天器系统设计的启示;基于我国目前的技术研究情况,总结分析了发展空间目标俘获任务所需的关键技术,如大功率柔性太阳翼、长时间大范围轨道机动、目标探测与识别、快速机动、目标抓捕与消旋。     

太极二号卫星精密热控关键技术及试验验证

针对引力波探测太极二号卫星提出的高稳定度温控需求，开展了高分辨率测温系统和高稳定度热控技术的研究，提出了多级阻尼的热控设计方法，建立了多级阻尼状态空间数学模型，揭示了系统中热量传递特性。该方法在太极二号核心载荷上进行了地面试验验证，试验结果表明核心舱关键仪器的温度满足指标要求。试验结果的噪声分析，不仅验证了精密热控关键技术，而且提出了关于热噪声分析与抑制的新方法，为后续航天器精密热控技术提供了理论分析方法和工程参考依据。     

月球无人采样返回探测器一体化热管理方案

针对我国首个月球无人采样返回探测器"嫦娥五号"所面临的散热难题,在调研国外月球采样返回探测器热控方案的基础上,通过论证提出一种"泵驱小型单相流体回路热总线+水升华器"的一体化热管理方案。该方案能够实现"嫦娥五号"着陆器、上升器热量与热沉的综合管理与利用;同时在国内首次将高适应能力主动热控体系结构应用到深空探测航天器中,推动了我国深空探测航天器热控技术的跨越式发展。     

航天器发展对热控制技术的需求分析

介绍了航天器总体技术的发展对热控技术的需求,初步分析了目前热控制技术的不足,根据航天器热控制技术的现状和发展,提出了初步的解决方案设想。     

组合式航天器概念及构型变换最优脉冲控制

为应对多种多样的不确定性对传统航天器的挑战,提出了一种更具灵活性、可靠性的组合式航天器概念。从模块化设计、标准化接口、运行模式、空间任务构型方面对此航天器概念进行描述。它在可维护性、规模可缩放性、可重构性等性能显著增强,特别是具有根据空间任务的不同而进行构型变换的能力。并从相对运动动力学方程出发,本文针对组合式航天器空间任务构型变换,设计了给定机动时间的、以燃料消耗最少为目标的最优脉冲控制方法,生成最优脉冲序列。仿真结果表明,最优脉冲控制方法是实现组合式航天器构型变换的一种有效途径。     

同步带1-10cm级空间碎片可见光探测技术研究

针对目前天地基碎片探测装备无法对同步轨道带1 10cm级空间碎片进行探测的问题,文章在对同步轨道带碎片分布规律、碎片探测技术手段进行分析总结的基础上,分析探讨了高轨航天器搭载光电传感器实现同步轨道带1 10cm级碎片探测所具备的技术指标和功能特点,并对基于天基测角信息的空间碎片轨道确定算法及相关技术进行分析。基于本文所述的分析论证和技术方法,可以确定高轨航天器实现对同步轨道带1 10cm级碎片的探测识别和轨道确定的可行性及能力需求,为同步轨道带1 10cm级碎片的天基光学探测提供一定的技术支持,为同步轨道带碎片探测专用航天器的研制论证提供技术支撑。     

深空探测对航天器热控技术的推动

工程热物理学广泛应用于航天领域,一方面解决了具体航天工程问题,另一方面逐步发展成为交叉学科——空间热物理。随着我国在深空探测领域不断拓展,以深空探测器研制中的工程热物理问题为需求背景,推动着航天器热控制技术、防热技术等取得新的发展。文章在介绍深空探测器技术体系的基础上,分析了热设计、热分析、热试验、热控硬件、防热等方面的技术进步,并就深空探测领域进一步拓展对工程热物理发展的牵引进行了展望,分析了工程热物理学与航天技术间相互促进、相互推动的关系。     

航天器姿态容错控制技术研究现状与发展

更远、更复杂的人类空间探测任务要求航天器具有更高的可靠性,因此航天器的容错控制技术受到了广泛关注。对航天器姿态系统的容错控制技术发展现状进行了分析,总结了国内外近年来航天器姿态容错控制的成果,重点分析了利用自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制等理论开展容错控制的进展,并分别阐述了采用不同技术途径发展容错控制的优缺点。最后,展望了航天器姿态容错控制技术未来的发展。     

空间环境对航天器热设计影响分析

空间环境对航天器热设计技术、热控材料的选择、热设计的试验验证等都带来了重要的影响,在满足总体要求的情况下,必须考虑空间环境的影响因素。同时,发展对空间环境有较强适应能力的设计技术和热控材料的研究是今后需要认真考虑的问题。     

空间推进系统在轨有关热控问题分析

文章基于空间推进系统热控的特点,针对长期在轨航天器推进系统热控面临的贮箱膜片热胀冷缩疲劳和机组阀门超温问题进行机理分析,归纳贮箱热控和发动机、推力器高温工况相应的解决措施及难点,结合某型号实际提出解决方案,并对改进后的效果进行分析预示,给出长期在轨航天器热控方案设计建议。     

基于专家系统理念的航天器特殊控温策略推理测试验证

针对热控设计中某些特殊自主控温策略与任务背景、空间环境以及被控对象参数之间耦合度强,不易通过传统地面综合测试方法提前验证其正确性与合理性的难题,结合“嫦娥五号”月球探测任务推进贮箱温度需求及其特殊自主控温策略设计过程,构建出一种基于综合测试与热控设计专家知识的推理评测方法,并利用优化后的测试用例进行了验证。结果表明:第1版控温策略能够实现减小各贮箱之间温差的预期目标,但对具体任务背景适应性不足;在给出控制策略优化完善建议后,控温策略可同时满足温差要求和引入能量最小原则,实现了“初始设计—测试验证—完善改进”的优化闭环研制模式。     

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。     

载人航天器热控分系统噪声控制

随着载人航天器越来越复杂,热控分系统所用到的高速旋转设备越来越多,所产生的噪声将影响航天员的身体健康,因此载人航天器的噪声控制非常迫切。文章通过热控分系统的布局设计以及单机设备的降噪优化等措施,找到了有效降低整个载人航天器热控分系统噪声水平的方法,可供类似的载人航天项目的热控设计参考。     

高效深低温热收集与热传输技术

以深冷热管、深冷环路热管等为基础的深低温热收集与热传输技术主要用于军用天基红外探测、对地观测及天文卫星中光学仪器的冷却及深低温制冷系统的低温废热排散。本文介绍了国外从深冷热管、深冷环路热管等基本传热元件的研制到系统集成试验、飞行搭载，成功应用于航天器深冷热控的发展情况。还简单介绍了我国在该技术领域的发展现状，提出了面临的技术挑战和任务。