航天器充电现象的主动控制

<正> 一、引言十年来,同步轨道卫星的带电现象引起了空间科学研究和工程设计部门的严重关切。现从航天器在轨道上测得的飞行数据看,在磁层亚暴环境中,特别是又恰逢航天器星食期间,航天器表面的静电充电会高达上万伏。伴随着高充电而来的是航天器表面的电压击穿、电弧放电、材料的老化和损坏以及严重的电磁脉冲干扰等等。无疑,这些现象将导致对航天器的能源、指令和控制系统的严重干扰和损伤,以及对航天器结构材料的破坏,从而危及航天器     

红外地球敏感器地面静电放电模拟试验方法研究

 设计了红外地球敏感器的地面模拟卫星静电放电试验方法。对卫星的空间环境以及结构特点的分析结果表明,地球同步静止轨道卫星表面存在静电放电的可能性。通过静电放电试验找到了红外地球敏感器易受干扰的部位并提出了解决措施。     

基于三维场路协同方法的静电损伤仿真测试平台

静电放电已经逐渐成为导致各类电子设备故障的主要原因之一,在电子产品研制过程中通常采用实物测试方式检验产品抗静电能力,但该方式耗费资金过大、可重复性差同时易损伤受试设备。在这种情况下,建立基于三维场路协同方法的静电损伤仿真测试平台有效地解决了上述问题。该平台以电脑仿真技术（CST）软件为基础,通过构建静电放电枪模块,结合受试设备模块和仿真参数设置模块,以时域有限积分法求解器进行仿真,并利用数据输出和处理模块得出结果。利用建立好的仿真测试平台对一台数据传输设备进行8 kV接触放电,观察其表面电流和磁场分布,并对其造成的传导干扰和辐射干扰进行分析。通过建立静电损伤仿真测试平台,实现了静电放电测试的可重复以及无损伤的目的,具有较强的工程指导意义。      

非接触式静电放电波形分析及试验

静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)作为一种常见的近场危害源,在其放电过程中可形成高电压和瞬时大电流,使得器件的安全性能大大下降,并影响半导体器件的电学特性.本文对火工品静电感度试验装置非接触放电时的等效电路模型进行分析,并根据等效电路进行仿真,研制试验装置,针对电容与电阻的不同组合进行放...     

航天器介质放电脉冲频谱特征实验研究

空间电子辐射环境下,航天器介质的充放电效应是威胁航天器安全的重要因素.介质放电现象除与材料参数及构型相关外,还与空间电子环境密切相关.本文通过电子枪和Sr90放射源在地面实验装置上模拟空间电子辐照环境,测试了环氧树脂、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等常见空间材料在不同温度、不同电子能量和电子束流强度影响下的放电脉冲,并对放电电流脉冲和电场脉冲进行频谱分析.实验分析结果表明,介质材料的放电电流脉冲频谱具有明显的单峰结构,该峰值与材料厚度和入射电子能量相关,但受材料温度和辐照束流强度影响不大.      

空间交会对接中Hill方程的计算误差特性研究

比较详细地分析了航天器在空间所受的各种摄动力,建立了航天器空间轨道的精确计算模型,进而建立了空间交会接中两航天器相对运动的精确计算模型,并以此作为精度基准,对Ｈｉｌｌ方程的计算结果进行了误差分析。     

高速撞击梯度电势靶板产生等离子体诱发的放电

针对在轨运行航天器在空间等离子体环境和空间带电粒子活动下诱发航天器表面梯度电势存在的客观现实,航天器在空间碎片的撞击下会诱发表面带电或深层电介质带电的航天器放电。为了在实验室模拟航天器表面存在电势差的真实情况,采用对航天器外表面分割的方法,在分割的表面间预留不同间距且在2靶板间加装电阻的方法创造具有梯度电势的高电势2A12铝板作为靶板。利用自行构建的梯度电势靶板的充放电测试系统、超高速相机采集系统和二级轻气炮加载系统,开展高速撞击梯度电势2A12铝靶的实验室实验。实验中,弹丸以入射角度为60°（弹道与靶板平面的夹角）、撞击速度约为3 km/s的条件撞击间距分别为2、3、4和5 mm的2A12铝高电势靶板,利用电流探针和电压探针采集放电电流和放电电压。实验结果表明:放电产生的等离子体形成了高电势与低电势靶板间的放电通道,且在梯度电势靶板间距分别为2、3 mm时诱发了一次放电,放电电流随高低电势靶板间间距的增加而减小;在梯度电势靶板间距分别为4、5 mm时诱发了二次放电,放电电流随高低电势靶板间间距的增加变化不明显。      

航天器内部磁场环境主动补偿方法

为解决空间引力波探测任务中航天器磁场对惯性传感器干扰的问题,研究在航天器复杂磁环境下利用主动测控方式获取小尺度均匀磁场环境的方法.在惯性传感器周围进行分布式磁场探测,并采用球谐函数法或多磁偶极子法实现对惯性传感器外部磁源的估计,计算惯性传感器所处位置的空间磁场及其梯度分布.利用线圈技术,对磁场及其梯度进行线性补偿.讨论分析传感器数量以及磁源布局方式等因素对最终补偿效果的影响.仿真试验结果表明,通过这一方法可将惯性传感器所在区域的磁场及其梯度降低1～2个数量级,降低引力波航天器平台的剩磁控制压力,为引力波探测提供满足要求的磁场环境.      

一种基于模态参数实时辨识方法的参数时变航天器控制方法

针对一种因挠性结构转动引起模态参数变化的航天器研究了一种基于模态参数辨识的控制方法。首先以一种刚柔耦合复杂航天器为对象,建立分析航天器的动力学模型。然后,基于该模型,采用一种基于改进递归预测器的子空间辨识(RPBSID)法模态辨识方法估计系统状态量。最后,基于辨识状态量采用无模型控制方法进行控制,通过基于MATLAB软件的仿真实验,验证了方法的有效性。     

磁悬浮转子状态反馈解耦自抗扰控制方法

针对磁悬浮控制敏感陀螺(MSCSG)转子偏转通道强耦合及航天器姿态测量过程中受扰失稳问题,提出了一种磁悬浮转子偏转解耦抗干扰控制方法。分析了转子两自由度偏转耦合现象,设计了基于状态反馈的解耦控制器;建立了MSCSG在姿态测量过程中航天器的姿态运动对磁悬浮转子产生的干扰力矩模型,采用自抗扰控制器(ADRC)抑制磁悬浮转子的外部干扰;对所建立的扩展状态观测器(ESO)跟踪性和系统稳定性进行了分析,通过调节ADRC中非线性状态误差反馈控制律系数,实现了系统有界输入条件下的稳定。仿真结果表明：状态反馈解耦能够实现偏转自由度的完全解耦,ESO具有良好的跟踪性能,ADRC较传统PID控制方法具有更好的抗干扰性能。     

星载开关电源的电磁干扰抑制技术

电磁干扰（EMI）抑制技术是保证航天器各功能单元正常运行互不干扰的重要技术。开关电源是航天器内电磁干扰的主要来源。基于对星载开关电源DC/DC和负载点电源POL电磁干扰特性的测试结果,提出了一种星载二次电源系统的电磁干扰抑制方案,采用高稳晶振+控制器+时钟管理芯片硬件与软件设计结合的方法,利用高稳晶振为电源模块提供稳定时钟,通过控制器实现时钟管理芯片的分频和时钟分配。系统以非同步方式上电,软件控制时钟管理芯片输出电源模块同步时钟,然后软件打开时钟同步的使能,实现星载开关电源（DC/DC和POL）开关频率的外同步,最后通过测量输出电压频谱的方法验证了电磁干扰抑制方案的有效性。     

基于时变增益ESO的多航天器SO(3)姿态协同控制

针对多航天器姿态协同控制问题,基于特殊正交群（SO（3））研究了存在干扰情形下的控制设计方法。结合有向通信拓扑建立了多航天器SO（3）模型,在此模型的基础上提出了一种时变增益扩张状态观测器（ESO）对系统的总干扰进行估计,削弱了常值增益ESO的峰化现象。利用相邻航天器的信息给出了旋转矩阵形式的协同指令,进一步基于SO（3）方法设计了协同控制器。同时采用ESO的输出在所设计的控制器中对系统的干扰进行补偿,从理论上给出了ESO的收敛性以及闭环系统的稳定性证明,保证多航天器系统能够实现稳定协同。仿真结果验证了本文方法的有效性和快速性。      

有限元法在空间飞行器天线反射器热分析中的应用

有限元方法是求解对热稳定性要求较高的空间飞行器部件温度场的一种行之有效的方法。文章给出了空间飞行器天线反射器热分析的有限元求解方法,应用有限元法计算了某卫星抛物面天线反射器的在轨稳态和瞬态温度场,为进一步的在轨热变形计算以及热控方案的选择提供了必要的温度数据。     

载人航天器与伴随卫星间射频系统电磁兼容性分析方法

对载人航天器与伴随卫星间射频设备的电磁干扰问题进行了研究,根据射频系统的收发参数建立了电磁干扰安全裕度模型,分析了伴随卫星发射天线对载人航天器接收天线的等效干扰。从保证载人航天器与伴随卫星在轨电磁兼容的角度,得到了航天器间能够兼容工作的最小相对距离计算方法。研究结果表明,所提出的分析方法能够对伴飞任务航天器间的电磁干扰风险进行预测,可为飞行任务的顺利完成提供技术支持。     

Modified gradiometer technique applied to Double Star (TC-1)

On TC-1 (Tan Ce 1), the equatorial spacecraft of the Double Star mission, a strong spin-synchronized magnetic interference from the solar panels was observed. In-flight correction techniques for spinning spacecraft that are based on minimizing spin tones in the spin-aligned component and in the magnitude of the ambient magnetic field are therefore not possible in this case. However, due to the fortunate situation that the spacecraft carries two flux-gate magnetometers on the same boom (at 0.5 m distance from each other), the spacecraft field effects could be removed from the spin-averaged data to achieve 0.2 nT relative accuracy, by using a gradiometer technique. Methodology and results are presented. The obtained accuracy allows the use of the data in multi-spacecraft studies together with the Cluster satellites.     

带多个充液储箱航天器的耦合动力学建模方法

研究了充液航天器储箱内液体晃动与全星姿态运动的耦合动力学建模方法．分别基于单摆等效力学模型和质心面等效力学模型建立了全星姿态耦合动力学方程,并分别针对2个储箱串联布局、3个储箱并联布局的充液航天器在不同工况下的液体晃动问题进行了数值仿真研究;同时比较分析了两种储箱布局方案下液体晃动对航天器姿态运动的影响,为工程应用提供参考．     

充液航天器质量特性计算方法研究

充液航天器的质量特性对飞行动力学建模和控制设计有着重要影响。质量特性测量装置通常只能测出干重状态下航天器的质量特性，而充液状态下的航天器质量特性只能靠计算给出，其中如何计及各贮箱内液体的惯性张量是此类工程计算的难点。首先采用势流理论推导了任意形状贮箱内液体质量特性的一般表达式，包括全充液情况和部分充液情况，其中对部分充液情况考虑了自由液面小幅晃动的影响；然后采用三维有限元方法建立了液体质量特性的数值计算方法，并通过一个验证算例确认了该计算方法的有效性；最后应用该方法计算了一个充液航天器的质量特性，并研究了不同的液体处理方法对计算结果的影响。研究表明，工程上通常采用的“固化液体”处理方法所计算出来的转动惯量明显偏大，而所提出的计算方法具有更好的理论正确性和工程适用性。     

Comprehensive outage compensation of real-time orbit and clock corrections with broadcast ephemeris for ambiguity-fixed precise point positioning

The main challenge in real-time precise point positioning (PPP) is that the data outages or large time lags in receiving precise orbit and clock corrections greatly degrade the continuity and real-time performance of PPP positioning. To solve this problem, instead of directly predicting orbit and clock corrections in previous researches, this paper presents an alternative approach of generating combined corrections including orbit error, satellite clock and receiver-related error with broadcast ephemeris. Using ambiguities and satellite fractional-cycle biases (FCBs) of previous epoch and the short-term predicted tropospheric delay through linear extrapolation model (LEM), combined corrections at current epoch are retrieved and weighted with multiple reference stations, and further broadcast to user for continuous enhanced positioning during outages of orbit and clock corrections. To validate the proposed method, two reference station network with different inter-station distance from National Geodetic Survey (NGS) network are used for experiments with six different time lags (i.e., 5 s, 10 s, 15 s, 30 s, 45 s and 60 s), and one set of data collected by unmanned aerial vehicle (UAV) is also used. The performance of LEM is investigated, and the troposphere prediction accuracy of low elevation (e.g., 10–20degrees) satellites has been improved by 44.1% to 79.0%. The average accuracy of combined corrections before and after LEM is used is improved by 12.5% to 77.3%. Without LEM, an accuracy of 2–3 cm can be maintained only in case of small time lags, while the accuracies with LEM are all better than 2 cm in case of different time lags. The performance of simulated kinematic PPP at user end is assessed in terms of positioning accuracy and epoch fix rate. In case of different time lags, after LEM is used, the average accuracy in horizontal direction is better than 3 cm, and the accuracy in up direction is better than 5 cm. At the same time, the epoch fix rate has also increased to varying degrees. The results of the UAV data show that in real kinematic environment, the proposed method can still maintain a positioning accuracy of several centimeters in case of 20 s time lag.     

电动汽车双边LCC无线充电系统传导电磁干扰

对电动汽车双边LCC拓扑结构无线充电系统传导电磁干扰进行研究,依据标准SAE J2954构建了3.7 kW的无线充电系统传导电磁干扰高频电路模型,采用测量和理论计算结合的方法,提取耦合线圈、线缆和补偿电路元件的高频寄生参数。利用软件ANSYS Maxwell和Simplorer进行系统传导干扰建模仿真分析,通过仿真结果可以看出,在150 kHz～30 MHz频段共模干扰比差模干扰显著。通过系统传导发射试验验证了仿真模型的准确性。