微小卫星动力学环境试验技术及试验数据分析

文章重点针对某微小卫星力学环境要求,对模拟环境试验进行了相关设计,并对整星正弦和随机振动试验的数据结果进行分析处理,同时在试验前后利用光学经纬仪对整星结构进行了精度测量。通过试验和测量结果验证了初样星整星结构的合理性,而且针对试验中所存在的问题给出了相关解决办法。该文对同类型微小卫星的力学试验验证工作有一定的工程参考价值。     

微小卫星解锁分离装置主结构设计分析及优化

文章介绍了某小卫星包带式星箭解锁分离装置初样产品的设计方案,建立了该装置的有限元模型,并通过轴向压缩静力试验验证了该模型的有效性。卫星用质心处的集中质量点代替,对解锁分离装置进行了模态与静力分析,验证了其主结构设计的合理性,同时还具有较高的安全裕度和可优化空间。以卫星总质量为目标函数,解锁分离装置主结构各构件的壁厚为设计变量,并以初样产品的横向、轴向和扭转的基频以及其主结构强度满足设计要求为约束条件,进行了灵敏度分析和优化设计,优化后的解锁分离装置总质量减少了1.5 kg。     

嫦娥1号卫星进入整星初样研制

中国探月工程的先行者——嫦娥1号卫星完成了方案设计阶段工作,已经进入整星初样阶段的研制工作,这是4月30日记者在航天科技集团公司五院召开的嫦娥1号卫星转初样评审会上获悉的。据参加此次评审会的专家介绍,嫦娥1号卫星按方案完成初样试制后,将进入初样试验阶段。嫦娥1号卫星初样产品将对设计、工艺和方案进行实态验证,进一步完善方案,为飞行试验产品研制提供全面、准确的依据,为发射星奠定技术基础。此次评审会听取了《嫦娥1号卫星初样详细设计报告》、《嫦娥1号卫星初样可靠性、安全性分析报告》以及《嫦娥1号卫星整星测试覆盖性分析报…     

一种卫星分步结构优化方法

在卫星结构设计中,为了在满足各种工况条件下有效实现减重,基于优化驱动设计的思想,文章提出了一种分步结构优化方法:第一步采用固体各项同性惩罚微结构法(SIMP)进行多工况下最小柔顺度的拓扑优化,通过将多工况下的优化目标加权,转化为单目标优化问题,优化求解得到最优构型;第二步,提取第一步优化方案的拓扑构型关键特征,以质量最小、整星结构基频最高为目标,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对形状和尺寸参数进行多目标优化;第三步,根据得到的形状尺寸参数,考虑实际加工和设计要求,经过人工修改迭代,得到最终设计。此方法应用于天拓-3卫星的支撑腿结构设计中,实现了考虑多工况的拓扑优化和多目标的形状尺寸优化。按照工程设计制造要求进行处理,获得的优化方案在满足各项约束条件下使支撑腿结构有效减重44.57%,整星结构基频提高3.97%,说明该方法具有较强的工程应用价值。     

碳纤维承力筒一体化结构设计及试验验证

为了减小卫星结构质量并保持良好的力学传递性能,文章在不改变原中心承力筒构型和外部接口的情况下,对碳纤维T800H树脂基复合材料的桁条加筋承力筒进行了锥柱一体化的结构设计,包括:采用可行方向法优化了承力筒的尺寸,确定了蒙皮单层铺层厚度和铺层方式,对端框进行了一体化的设计,以及各部件采用胶接的方式。优化后的承力筒结构质量减小约52.4%。对该承力筒在整星状态下进行相应的力学分析,完成了承力筒静力试验和整星的振动试验,结果表明,该承力筒的结构性能满足使用要求。     

考虑高耗时约束的全电推进卫星多学科优化

为提高卫星系统整体性能与优化设计效率，本文采用多学科设计优化（MDO）方法进行全电推进卫星总体参数优化。主要考虑轨道转移、位置保持、空间环境、供配电、结构及质量六个学科，以整星质量最小为优化目标，考虑轨道转移时间等约束条件，建立了全电推进卫星MDO模型。提出一种基于增广拉格朗日乘子法的高效全局优化方法（ALM-EGO）以快速求解卫星MDO问题。标准数值算例对比研究表明，对于处理高耗时约束优化问题，ALM-EGO方法在全局收敛性与优化效率方面具有一定的优势。最后，采用ALM-EGO求解全电推进卫星MDO问题，优化后的全电推进卫星设计方案满足各类工程设计约束，实现整星减重161.09 kg，从而验证了本文所建立模型的合理性和ALM-EGO方法的有效性。     

卫星测控数管系统的一种优化设计方法

从排队论的观点出发,提出一种可用于工程实践的系统优化设计方法。该方法在FY-3卫星测控数管系统的设计中得到了应用,FY-3卫星测控数管系统经方案阶段及初样阶段的试验验证,证明其设计合理、简单、可靠,系统的性能指标优化,满足为整星数据流服务的需要。     

卫星设计寿命影响分析

首先给出了卫星各分系统质量(mass)在整星干重中所占比例的统计数据及设计寿命对分系统的定性影响;重点定量分析了设计寿命对各分系统设计参数及质量的影响,给出诸分系统的质量、质量增加、质量增加率与设计寿命的关系曲线;最后分析并给出卫星干重及总质量与设计寿命的关系,指出设计寿命的延长是以质量增加和成本上升为代价的,应综合考虑设计寿命与成本。     

无线供电模式在微小卫星供配电上的应用前景

针对微小卫星供配电体制，对两种无线供电模式，即卫星进行空间太阳能电站微波能量接收增加整星电能和卫星采用内部无线供电提供灵活结构、平台减重的可行性方案，进行适应性分析。     

风云四号气象卫星研制取得重大突破

据中国航天网站2012年3月6日消息,我国风云四号气象卫星初样研制工作取得重大突破,现已完成了初样电性星的研制,通过了卫星总体初样设计评审,初样鉴定星研制于近期全面启动。风云四号卫星是我国第一颗静止轨道三轴稳定对地遥感卫星,是目前我国对地观测卫星的集大成者。     

嫦娥一号卫星热设计及计算分析

嫦娥一号卫星整星主结构以东方红三号卫星平台为基础。由于其复杂的飞行阶段和飞行姿态、以及月球表面特殊的温度分布,卫星表面的外热流非常复杂、变化剧烈,给整星的热控设计带来很大困难,使得整星的热控方案与东方红三号卫星有很大不同。文章着重分析了卫星的特点,并且给出了主要的热控设计方案,最后给出了整星的热分析模型,并对计算结果进行了分析。分析结果表明目前的设计方案满足了卫星在各种工况下的温度指标,实现了总体提出的热控要求。     

电磁超材料在超宽带雷达隐身微小卫星设计中的应用

针对微小卫星在雷达频段面临的宽带隐身问题,提出利用电磁超材料实现卫星隐身的设计方案,该方案包括两种不同类型的电磁超材料雷达吸波体。其中多层结构超宽带吸波体利用高阻表面设计耦合型吸波结构,适用于微小卫星星体及太阳能电池阵背光面,工作频带覆盖S、C、X、Ku频段;透光型混合结构宽带吸波体利用高透光的氧化铟锡设计吸波结构,适用于卫星电池阵受光面,隐身频带覆盖X、Ku频段。样件及整星的仿真和实验结果表明,电磁超材料构建的雷达吸波体可以实现超宽频带电磁波的有效吸收。将该材料应用于微小卫星的设计中,可以达到卫星整星RCS缩减的目的。该材料不论是机械强度、密度、透光性,还是抗原子氧剥蚀能力都具备潜在的工程应用价值。     

脉冲发动机复合壳体的强度分析及优化设计

采用ANSYS有限元软件对脉冲发动机复合壳体进行了结构强度分析和优化设计。用六节点三角形单元对复合壳体模型离散化；给出了复合壳体在临界压力载荷下的失效模式；分别在两种材料层中对最大应力约束下，以减少复合壳体的总质量为目标，对复合壳体的壁厚尺寸和过渡圆半径尺寸等设计变量进行了优化，并对设计变量的敏感度进行了分析。计算结果表明，在工作压力载荷下，安装在轨姿控舱体内的脉冲发动机的强度可以满足设计要求；壁厚尺寸是关键的优化设计变量，优化后脉冲发动机复合壳体的总质量可减轻5．7％。理论分析结果与试验结果相吻合。     

三单元立方体卫星的结构特性分析

立方体卫星凭借着其质轻、体积小、灵活性强等特点得到了快速发展。文章以南京理工大学研制的三单元立方体卫星为研究对象,采用有限元法对其结构进行仿真计算,验证了整星模态频率满足刚度要求。基于仿真结果对PVC板进行了合理的改进,结果显示立方体卫星3个方向的一阶频率分别提高了36.8%、14.4%和36.3%,同时改善了PVC板的振动特性,为后续整星振动试验的开展及其他立方体卫星的结构设计提供了参考依据。     

太阳电池阵布局对微小卫星结构特性影响

通过对比某型号微小卫星两种体装式太阳电池阵布局及连接方式,从结构响应灵敏度的角度分析了结构的阻尼对整星顶板太阳敏感器测点加速度响应的影响程度。同时对两种方案整星的正弦振动试验结果对比分析,结果显示:减少侧板固定连接点且增加电池片数量的方案使其顶板部分测点响应超出了设备试验条件,且比初始设计方案测点的响应高出了27.1%,纵向和横向一阶频率均有不同程度的降低。因此,从结构特性的角度来看,初始设计方案更为合理。     

降低热变形的卫星有效载荷安装结构优化设计

在整星有限元热变形分析基础上,以有效载荷安装结构热变形最小为目标,对安装结构依次进行拓扑优化及设计敏度分析和尺寸优化。结果表明：通过优化设计,在显著降低该结构热变形的同时大幅减小其质量;拓扑优化给出结构基本构型,尺寸优化进一步细化结构设计方案,二者结合能有效改进结构设计。     

应用OptiStruct软件的太阳翼基板结构优化

应用Altair OptiStruct软件独有的复合材料优化技术,针对非连续铺层复合材料,对某卫星太阳翼基板结构进行了优化设计。整个基板结构优化设计过程包括两个阶段：概念设计阶段和系统设计阶段。首先,在概念设计阶段利用自由尺寸优化模块,对太阳翼基板结构进行了拓扑优化;然后,在系统设计阶段利用尺寸优化模块完成了铺层厚度的优化。在经验设计方案中,太阳翼基板面板质量为3.6kg,经优化设计后,基板面板质量为1.7kg,减少了53%。     

资源二号卫星热模型修正

分析了资源二号卫星整星热计算结果和飞行数据误差较大的因素，对热网络数学模型用物理修正法进行了修正，使星内仪器计算结果与在轨飞行数据相差在±3℃的范围内。通过修正热计算，为这种类型卫星的整星热分析积累了经验，提高了计算水平，能比较准确的预示整星在轨飞行温度，并且对整星热平衡试验具有一定的指导意义。     

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性.用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案.在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果.分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态.另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价.     

某型号卫星磁性分析与控制

某型号卫星的有效载荷之一高能望远镜对磁场敏感,因此在设计阶段即需分析卫星在轨时载荷所处的磁场环境,并尽可能提高载荷的抗磁场干扰能力。文章根据卫星的构型,对整星的磁场分布进行了计算;对载荷的抗磁场干扰能力进行了测试;对载荷的磁屏蔽方案进行了仿真与测试;分析了抗磁场干扰设计对整星磁性控制的影响,证明卫星可以满足总磁矩不大于5.0 A?m2的姿态控制要求。