新型空间环境效应探测器技术及其应用研究

太阳电池在空间环境因素影响下,其开路电压和短路电流有不同程度的变化。文章根据这一特点,提出了一种新型的空间环境效应探测器技术,利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境,探测结果直接反应空间环境对太阳电池的效应,具有体积小、重量轻、低功耗等特点,特别适合航天器搭载飞行。     

一种原位测量轨道原子氧效应的电阻型传感器

为了发展原子氧环境及其效应飞行实验技术,获得在轨飞行实验数据,北京卫星环境工程研究所研制了一种小型、低成本的原子氧环境及其效应探测器。这种探测器的传感器采用对原子氧敏感的导电材料制备电阻膜。电阻膜在飞行试验中遭遇到原子氧剥蚀。在轨道飞行实验中,通过原位监测受原子氧剥蚀传感器电阻值的变化,可以探测原子氧环境通量密度及被试验样品的原子氧剥蚀率。目前,采用电镀法及紫外线光刻和金属刻蚀微加工技术,已经成功制备了原子氧通量密度锇膜电阻传感器。它可以测量原子氧的通量密度和积分通量,在400～500 km的轨道高度工作寿命约为1年。原子氧效应探测器是在石英玻璃基底上淀积银膜,试验材料膜涂覆在银膜上。试验材料膜在轨与原子氧反应而变得越来越薄,当其被完全剥蚀后,暴露出来的银膜迅速被氧化,并且电阻变大。试验材料膜的剥蚀时间可以确定,试验材料的原子氧剥蚀率就可以计算出来。     

应用无线传感器网络的月表环境长期无人监测系统构想

针对月表昼夜温差大、月壤结构松散、空间辐射强的特点,提出一种应用无线传感器网络的月表环境监测系统构想,实现对月表环境的长期无人监测。该系统分别由月表无线传感器网络、月球中继卫星、地球中继卫星和地球地面站组成。通过月表无线传感器网络节点上的太阳能电池设计,实现节点的可持续工作。通过节点外形设计和采用电帘除尘技术,可防止节点被月尘掩埋。节点采用热控包覆和主动热控措施,能适应月球高低温环境。为提高无线传感器网络的生命周期,提出一种基于能量均衡的路由技术。针对月表环境监测系统,设计了月表-月球中继-地球中继-地球地面站的通信协议栈,地月中继通信技术能保证月表环境参数实时传回地面。与微波探测、月球车探测等传统月表环境探测技术相比,文章提出的系统具有能抵近探测、探测对象多、探测范围广、探测时间长、系统可靠性高和成本低的优势。     

卫星低可探测性技术发展浅析

卫星运行在固定的轨道上,所处的深冷背景、携带的机动能源有限等特点使得其低可探测性技术研究相对航空器而言较为困难。从卫星低可探测技术的特点出发,在研究了国外空间目标的探测能力的基础上,研究了目前国外卫星低可探测性技术发展情况,并从微波、光学、无线电探测三个方面对卫星低可探测性技术进行了初步分析。     

《航天器环境工程》征文范围

<正>空间环境探测与空间有效载荷技术空间人工辐射环境与防护技术国内外空间环境工程发展动态及趋势运载器和武器装备结构静力,动力、热强度试验理论与技术运载器和武器装备机构动力学和冲击力学分析与试验技术航天器空间辐射、原子氧等综合环境效应分析与防护技术     

望远镜式空间带电粒子探测系统研制

为满足空间高能粒子环境探测要求,研制了一套数字化空间电子、质子注量率能谱探测系统原理样机。该探测系统采用了半导体探测器组成的望远镜式结构,并应用了数字化的信号处理方法,能探测0.5 Me V以上的电子和5~300 Me V的质子;具有能够实时测量、体积小、重量轻、功耗低及可靠性高等优点。对该系统的各探测器的能量分辨率进行了实验测试,结果表明:TSi半导体探测器的能量分辨率可达0.5%,Si(Li)探测器的能量分辨率约为1.02%,均在可接受范围(小于5%)内。     

《航天器环境工程》征文范围

正空间环境探测与空间有效载荷技术空间人工辐射环境与防护技术国内外空间环境工程发展动态及趋势运载器和武器装备结构静力、动力、热强度试验理论与技术运载器和武器装备机构动力学和冲击力学分析与试验技术航天器空间辐射、原子氧等综合环境效应分析与防护技术空间碎片环境预示、效应分析与防护结构/材料设计     

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。     

航天器空间环境协和效应研究

对空间多因素环境协和效应及研究必要性进行了梳理和分析;从航天器舱外、舱内环境两个方面,对不同空间环境因素间的协和效应,如带电粒子与太阳电磁辐射、原子氧与紫外、原子氧与空间碎片、空间碎片诱导放电及空间环境诱导污染效应等进行了论述;提出了系统开展空间多因素环境协和效应机理、模拟技术、试验方法、仿真及预示技术研究的建议。     

《航天器环境工程》征文范围

<正>空间环境探测与空间有效载荷技术空间人工辐射环境与防护技术国内外空间环境工程发展动态及趋势运载器和武器装备结构静力、动力、热强度试验理论与技术运载器和武器装备机构动力学和冲击力学分析与试验技术航天器空间辐射、原子氧等综合环境效应分析与防护技术空间碎片环境预示、效应分析与防护结构/材料设计     

Fault detection,identification and reconstruction for gyroscope in satellite based on independent component analysis

Although satellites are designed with high reliability, faults do occur when satellites are in orbit. To avoid the important services being affected, redundancy is used in satellites. There are many sensors in satellites. In order to reduce the cost, space, weight and power consumption, redundant sensors should be added to satellite as few as possible. Analytical redundancy is an efficient way to optimize the application of redundant. The gyroscope is the attitude determination sensor of the satellite. The minimum redundant structure of the gyroscope system is as follows: three gyroscopes installed in three-axis orthogonally and one gyroscope installed with slantwise for redundancy(3o+1S).To achieve fault detection, identification and reconstruction, hypothesis of statistical independence between the three-axis angular rates and hypothesis of statistical independence between the angular rates and fault are proposed. The scenario that only one sensor is faulting and there are only additive fault and full fault is supposed. Under these assumptions, firstly a threshold method is used for fault detection. After a fault is detected, independent component analysis (ICA) based algorithm for fault identification is employed. To overcome the ambiguities of ICA, correlation coefficients and prior information of the mixed matrix are used. Finally, the reconstruction matrix is obtained. By using this matrix fault signal is extracted so that the yaw, roll and pitch axes (three-axis) angular rates of the satellite can be recovered. Numerical simulations show this method can fulfill fault detection, identification and reconstruction of the gyroscope system.     

原子氧环境对石英晶体微量天平性能影响的分析

随着高可靠、长寿命航天器的发展,对在轨污染检测的要求也越来越高。石英晶体微量天平是分子污染检测的重要工具,为了分析了解原子氧对石英晶体微量天平的影响,文章用理论分析和试验的方法对石英晶片在1×1020 atom/cm2注量的原子氧辐照条件下的性能变化进行了研究。试验证明,石英晶体微量天平在总注量1020 atom/cm2量级的原子氧辐照后,其振荡频率和等效阻容感发生了一定变化,但仍具备污染传感能力和频率输出能力,其功能不受影响。     

Onboard sensor orientation analysis with kriging method

We propose in this paper a method to analyse the efficiency of the direction pointed by an infrared sensor dedicated to forest fire detection on board of a space vehicle. The objective is to use these sensors to detect forest fires on a defined territory with a specified probability. One way to verify that the system stands this specification is to test each possible configuration (pointing direction of the sensor and number of space vehicles) and estimate the corresponding probability of forest fire detection. However, when the coverage territory is wide or when the number of vehicles is important, it is hardly possible to simulate every configuration in a reasonable amount of time. We propose to use kriging method for the prediction of forest fire detection probability for all possible configurations.     

星敏感器测量模型及其在卫星姿态确定系统中的应用

星敏感器是卫星高精度姿态测量的重要部件，如何正确建立其测量误差模型是影响姿态确定精度的关键因素。本文推导出星敏感器三轴姿态测量误差的方差计算公式，对测量误差的性质进行研究，揭示了在星敏感器三轴测量中，光轴测量精度劣于根据另两轴测量所确定的光轴指向精度。在此基础上提出了新的星敏感器测量模型，给出改进的姿态滤波器观测方程，减小了观测误差，由此可以进一步提高姿态确定的精度。本文方法不仅适用于通常使用的双星敏感器姿态确定系统，也可独立地应用于只带单个星敏感器的姿态确定系统。     

原子氧对航天器表面的剥蚀效应及其预报研究

文章论述了一个航天器表面原子氧通量和遭遇量预报模式的建立,并对影响航天器表面原子氧遭遇量的主要因素进行了讨论。最后用模式计算了2003～2006年间太阳同步轨道卫星表面原子氧遭遇量的情况。     

基于电源纹波的功率负载旁路检测方法

传统功率器部件的工作状态往往需要大量的传感器资源，并占用较多的无线/有线复用通信资源。为了实现功率器件的智能状态检测，降低使用传感器的复杂性，增强系统的可靠性，提出了一种基于电源状态检测的功率器部件旁路多点状态的检测方法。该方法的创新点体现于在不修改原有电路结构的情况下，旁路采集电源纹波作为功率器件工作状态的重要特征。在此基础上应用信号处理算法分析电源纹波的频域信息并构建数据集，进一步通过机器学习方法区分功率器件的各自工作状态。通过对大功率LED二极管PWM调制的纹波进行探测，对提出的相关方法进行了实验验证。实验结果表明，该方法检测性能优越、对环境不敏感，实现了更加智能、可靠、可拓展的功率器部件智能检测。     

低地球轨道原子氧?太阳远紫外协合效应地面试验条件探讨

低地球轨道航天器表面聚合物材料受中性大气原子氧和太阳远紫外辐照的同时作用,表现出不同于单一因素分别作用的协合效应。文章在总结现有地面试验设备参数和不足的基础上,分析原子氧注量、远紫外曝辐照度随在轨时间变化的计算方法和输入数据特性,并以正立方体卫星为例计算得到典型轨道不同太阳活动环境下迎风面和非迎风面的原子氧注量和远紫外曝辐照度,以及远紫外曝辐照度/原子氧注量之比（注量比）随在轨时间的变化后,提出将该注量比参数作为有关地面试验条件制定的依据之一,以提高航天器外露材料原子氧?远紫外协合效应地面试验模拟的有效性。     

基于可观测性和可靠性的传感器分布优化设计

为了解决航天器的故障检测的传感器分布的设计问题,本文提出一种描述系统故障的有向图模型,针对该模型,给出了基于可观测性和可靠性的传感器分布的设计问题的描述,并提出了优化设计的思想。根据该思想给出了传感器分布优化设计方案,该方案考虑了故障的可观测性和故障检测的可靠性问题,还有传感器安置成本的约束问题,并采用了贪婪启发式算法实现了该方案。该方案应用到某卫星一次电源系统,仿真算例的结果表明该方案满足了可观测性和可靠性的要求,通过与其它设计方案对比,该方案能够快速提高系统的可靠性,更适合系统设计的需要。