以综合电子技术构筑航天器智能化的坦途

未来航天任务要求航天器具备在轨智能处理的能力,而综合电子系统是航天器智能化的中心。一种为未来智能化应用开发的航天器综合电子系统,将传统的遥控、遥测和数据管理功能集成为一个简便易用的标准服务功能包,同时在具有统一信息网络服务的通信能力,以及支持分布并行计算、模块化扩展升级、系统重构的计算能力和存储能力等,为在轨智能处理建立了所需的硬件和软件支持。利用这些基础结构,应用过程可以专注于航天器智能处理的实现,从而完成各种复杂任务。     

一种开放式模块化星载综合电子系统的设计与实现

为了提升卫星综合电子系统的标准化、通用化设计能力以及智能化、网络化应用水平,本文提出并设计了一种开放式模块化星载综合电子系统,通过了工程型号的实际应用验证。该综合电子系统以层次化的总线体系结构以及通用化的硬件模块、软件构件为基础构建形成一套标准服务功能包,能够根据不同的任务场景按需选装所需的功能单元,显著提升综合电子系统的货架式集成组装研制能力,同时借助统一的信息通信服务网络和软硬件基础组件,为综合电子系统的模块化升级扩展、设备级的功能重构与重组、系统级的故障容忍和恢复能力奠定了坚实的基础,为实现航天器整体的高质量、高效率、效益研制与运行提供了有力的技术支撑。     

模块航天器间激光无线能量传输系统方案设想

模块化航天器是未来航天器发展的重要方向,模块航天器之间的能量传输是实现模块化功能应用的关键技术。文章针对模块化航天器系统能量分配需求,对无线激光能量传输技术进行了研究。阐述了无线激光能量传输系统的功能组成,建立了系统框架模型,分析了系统的关键技术,并对系统各组成模块进行了初步设计。在此基础上对激光传能系统进行了试验验证,获得了理想的光电转换效率。文章的研究成果可为我国模块航天器的发展提供技术支持。     

小型热真空试验设备网络化集群测控技术

随着航天器部组件试验任务的日益增多,在人员少的情况下,高效率地完成型号任务的需求十分迫切。文章介绍了小型热真空试验设备网络化集群测控的方法与技术,以某小型热真空试验设备群为例,针对其接口复杂、数据量大、地理位置分散且要求集中管理的特点,详细阐述了采用混合B/S模式与C/S模式的网络化测控技术来实现小型热真空试验设备群集群测控的功能。该技术已在小型热真空试验设备的集群控制中得到了成功的应用。     

美国小型航天器综合利用模块的技术状态和发展途径

1995年2月8～10日,在美国加利福尼亚美国空间局举行了未来小型航天器技术专题研讨会。在这次会议上,第一次提出了综合利用模块(IUM)的慨念。 1 综合利用模块的技术状态 1.1 多功能(综合)结构按照以往惯例,航天器结构的功能一直是为了系统及其元器件提供支承和保护的,以便航天器在外部载荷及其压力作用下仍为一个紧密连接的整体和完好的功能系统。航天器的结构     

国外航天领域结构标准综述

航天器结构是航天器系统的重要组成部分，是航天器各分系统设备与部件的安装基础，承受航天器发射时的力学环境，保证航天器入轨后在预定轨道上完成各种规定动作和既定任务。通过建立标准对航天器结构从设计、分析、仿真、试验等各个阶段进行规范，保证结构设计正确，能够发挥其功能作用，保证器上设备和人员安全（针对载人航天器）。文章调研国外航天领域结构标准，列出22项国外航天领域结构标准，对其中有关顶层要求、结构设计与分析、结构断裂控制及无损评估、结构建模仿真等的18项典型标准内容进行介绍。     

在轨任务规划的新型开发方法

作为未来航天器智能化的发展方向,在轨任务规划的实现是一项涉及多个领域知识的复杂软件工程问题,需要与之匹配的先进开发方法。本文基于动态语言和嵌入式操作系统,提出了一种在轨任务规划的开发方法;从需求出发,调研了一组适用于在轨任务规划应用的开源基础库,涉及航天器任务规划、地理信息数据库、地图投影、坐标变换、几何拓扑关系求解、线性规划等多个方面;将这些领域的典型开源库作为中间件移植到高性能星载计算机和嵌入式操作系统上,并进行了功能测试。本文的工作能给后续在轨任务规划系统的设计和实现提供启发和帮助。     

航天器结构用材料应用现状与未来需求

航天器结构是所有航天器的重要组成部分和基础,影响航天器结构性能的最主要的因素是结构用材料。文章着重对航天器结构中广泛使用的复合材料、金属材料、防热材料的应用现状进行了分析,同时提出了未来发展需求。     

分离模块化航天器系统评估和优化设计研究

对分离模块化航天器系统评估和优化设计进行了研究。定义分离模块航天器的成本与价值,建立成本模型、价值模型和不确定性模型。考虑模块的物理约束、功能约束和用户需求对功能组件进行模块设计,并在发射运载能力内制定航天器的模块组合发射方案。按航天器生命周期流程对生命周期的模块研制、发射运载、在轨操控三个阶段中考虑不确定性因素影响的风险成本和功能模块的价值收益进行计算,得到分离模块航天器生命周期内的总成本、总价值收益和净现值(NPV)。用蒙特卡罗方法分析不同不确定性因素的分离模块航天器的成本与价值分布。设定优化目标和优化条件,用遗传算法优化分离模块航天器设计方案,提高分离模块航天器的投入产出比。     

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。     

影响设备安装精度的航天器结构因素及优化措施

航天器姿控及有效载荷设备总装时, 其安装精度是保证分系统正常工作、完成任务的关键技术指标之一。文章基于型号实践, 依据我国现有航天器的结构类型及设备安装特点, 论述了航天器结构本体在各种工作环境、各个阶段对航天器设备总装的精度影响要素;提出了分析、验证方法以及保证精度及可靠性的措施。可对未来的航天器型号的结构设计、总装设计、工艺及测量实施提供参考。     

航天器振动控制技术进展

航天器在发射过程中经受复杂和严酷的力学环境,力学环境效应主要是激起航天器主次结构共振响应以及局部动力响应过大,造成结构破坏,局部失稳,电子元器件等敏感组件发生故障。为了提高飞行任务的可靠性,需要采用振动控制技术以降低运载载荷环境条件,提高航天器有效载荷比。本文从航天器系统级和部件级两方面对国内外振动控制技术的研究进展进行了系统的综述和深入的分析,以期对我国航天器振动控制技术的研究发展和工程应用有所启示。     

基于感应耦合式无线能量传输的 微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。     

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。     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。     

基于FE-SEA方法的航天器含支架组件噪声分析

安装在支架上的航天器设备的随机环境条件的制定一般是以经验为基础,并通过试验结果修正,而对于全新构型的航天器,其设备的随机环境条件的制定则只能依靠试验。鉴于目前没有一种成熟的分析方法能在航天器研制初期得出设备安装界面处的噪声响应,文章提出采用FE-SEA 方法,将含支架组件和航天器结构本体看成互相独立的两部分,分别采用不同子系统建模,并以“嫦娥三号”某推力器组件噪声试验数据进行了验证。分析结果表明,含支架组件和航天器结构本体分别采用FE 和SEA 子系统建模,可准确地获得设备安装界面处高频噪声响应,结合低频噪声分析,可作为制定设备随机环境条件的参考。     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

美国的未来上面级技术研究

本文对空间转移飞行器(Space Transfer Vehicle)方案及在可行性研究中得到的有关技术和设计构想进行了论述。通过组件的模块化、提高通用性,并采用所设想的分系统,如推进/控制系统舱(P/A)和一体化的模块式发动机组(IME),可以降低发射系统的费用。一体化飞行器的健康管理(IVHM)技术和现代化的技术开发环境可以降低未来上面级的费用和运转维护费用。本文最后对采用这些设想、从近期的小型上面级到月球转移入轨级(TLI)的系统结构进行了描述,并推荐了利用这些设想研制未来上面级的发展途径。     

航天器总装模块化生产模式探讨

文章介绍了航天器总装模块化生产思想,建立了航天器总装生产模式成熟度模型,提出模块化是提高航天器制造企业管理柔性、提升企业竞争力的重要途径,针对航天器总装实施特点对航天器总装生产模式进行了模块化构想,根据专业化试点取得的经验提出专业化建设对于加快航天器总装人才培养、优化资源配置等具有显著的现实意义。     

苏联的火星探测飞行器将采用新结构

在1988年火星及火卫一的飞行计划中,苏联将首次使用新一代的模块式结构行星际航天器,这种航天器还适用于未来飞向其它行星、小行星和彗星的任务。