空间模拟技术发展概况

美国通过许多中、小型热真空容器的设计、制造和运转，积累了有关的技术和经验，将此运用到大型容器（４．５米以上）的设计上，于１９６２年建成了第一台大型热真空容器。实践告知，气体负荷并不像预计的那么大；最初要以２０５℃温度烘烤容器，后来发现不必花很多时间去烘烤，也能达到所需的真空度；单靠低温泵无法获得高真空。３０多年来，随着空间事业的发展和科学技术的进步，为了满足各种不同航天器的不同模拟环境条件的需求，有以下几个方面的变化。１．设备运转过程中用扩散泵抽气时发现有大量的油蒸汽返流到试验容器内和试件上，不…     

日本制造大型真空容器

日立制造所从宇宙开发事业团获得一项110亿日元合同,将在筑波空间中心建造一个大型真空容器。连同真空模拟容器需要的各种装置在内,诸如,声响试验与振动设备,以及太阳灯等,开发事业团将投资160亿日元。这座大型真空容器直径是14米,高16米,装有太阳模拟器。备有扩散泵和液氮,可获得10~(-7)真空度。立起来需用16小时。一天操作费共预计500～600万日元。     

高速撞击充气压力容器前壁损伤数值模拟

针对空间碎片超高速撞击充气压力容器前壁损伤问题,应用非线性动力学分析软件AUTODYN采用拉格朗日方法对球形弹丸撞击球形压力容器前壁穿孔进行了数值模拟研究。在建模过程中通过对容器壁内侧施加压力边界条件来模拟由于内充气体的作用在容器壁内产生的应力场,并通过与试验结果的比较验证了数值模拟方法的有效性。在此基础上针对容器的内充气体压力、球形弹丸直径及撞击速度对充气压力容器前壁穿孔的影响进行了研究。结果表明:在一定的气体压力下,气体压力对压力容器前壁穿孔直径与穿孔形态的影响可以忽略不计;而撞击速度及弹丸直径对穿孔直径及穿孔形态有着较大的影响,当撞击速度大于3km/s时,撞击穿孔边缘开始有裂纹产生,并且穿孔直径与裂纹直径随着弹丸直径及撞击速度的增加而增大。利用压力容器前壁穿孔的数值模拟结果进行计算可以得出当容器受到撞击速度大于3km/s的弹丸撞击后比撞击速度不大于3km/s时更易发生破坏。     

小天体的多种尺寸颗粒样品收集容器流域的数值模拟

采集小天体表面的样品并返回是当前小天体探测的核心目标之一,样品容器流域设计是氮气激励采样技术的关键.为了保证样品容器具备高效的收集性能,要求样品容器的流域设计能够对样品颗粒形成陷阱效应,并对样品颗粒进行有效的分级.旋风式样品收集容器方案利用旋风离心力和引导叶片的共同作用对样品颗粒进行收集和分级.为了验证这种方案在微重力环境下的性能和可行性,本文利用Fluent软件进行了流域的数值模拟.模拟结果表明:在确定容器的结构下,样品容器的最优氮气入口速度为0.6 m·s-1,容器在该速度下的样品收集效率达到99.7%.样品容器的流域具备很好的颗粒分级功能,对小于2mm的样品颗粒的捕获率超过了90%,其压力损失也在合理的范围之内.本文研究结果可为小天体采样任务提供借鉴.      

美国的白沙导弹靶场

白沙导弹靶场是美国的一个大型内陆靶场,也是建场最早的一个导弹试验基地,至今已有50多年了。历史悠久,基础雄厚,试验内容广泛,发射活动频繁,被称作美国“最繁忙”的试验场。 历史上该靶场以试验战术导弹为主,也承担战略导弹、航天器分系统的单项试验,预先研究试验,各种模拟试验,以及靶场测量设备的研制试验。     

空间技术中几种可计算的一维流动问题

本文以大容积容器放气问题为背景,提出计算容器内气体压力变化和排气干扰力的工程近似计算方法,介绍放气管路系统的质量流量系数地面模拟试验和量测结果,并将提出的工程近似方法推广应用于空间技术领域中几种常见的一维气体流动问题。     

低合金超高强度钢高压容器的研究

研究了诸如化学成分、热处理条件和焊接因素对压力容器脆性破坏的影响。以断裂力学为工具对容器进行了断裂控制分析,大量试验证实,按我们所提供的技术规范制造的压力容器,工作是安全的,性能是可靠的。      

KM3、KM4大型空间模拟器的试验技术与测试技术

本文扼要叙述了KM3、KM4大型空间模拟器的试验技术与测试技术;该设备的技术改进工作;温度测量和温度控制;容器内温度检测与油污染控制;应用热管新技术扩大模拟器的使用范围等。     

微纳卫星释放分离参数的测试方法

采用自由落体的试验方法,在地面模拟卫星在轨释放过程,测试某微纳卫星在轨释放速度、姿态以及对卫星星上设备的冲击,卫星的释放速度通过高速摄影的测量方法,卫星的释放姿态和星上设备的冲击响应通过集成在试验卫星上的测试系统测量。该试验方法可以一次测量出卫星的释放姿态、释放速度以及释放分离对卫星星上设备的冲击响应。     

空间低温溶液晶体生长的地基实验

首次使用疏水型聚四氟乙烯微孔滤膜,利用其透气不透水的特性,密封晶体生长容器,采用恒温蒸发法进行晶体生长.溶剂通过蒸发离开生长容器后,被生长容器外的吸附剂吸附,使得溶液维持一定过饱和度,以实现单晶的连续生长.在此基础上研制出一套空间低温溶液晶体生长地基模拟装置.利用此装置进行了一系列地基模拟实验,获得一批高质量α-LiIO₃单晶,证实了该生长装置的溶剂蒸发量和容器密封性能够满足空间低温溶液晶体生长需要,为未来空间低温溶液晶体生长实验奠定了基础.      

卫星磁层亚暴环境模拟试验设备的设计

卫星表面充电是七十年代初发现的严重危害同步轨道卫星的新问题。为了寻求解决卫星表面充电问题的方法,许多国家进行了广泛的研究。我们于82年开展卫星表面充电模拟试验技术研究。本文仅就我们在磁层亚暴环境模拟设备设计中考虑的一些问题作简要介绍。阐述了对模拟系统的要求,模拟系统的组成和用途,介绍了真空系统,电子枪,光源和测量系统设计中应考虑的问题。     

超高速流动模拟及热化学反应模型对比研究

超高速流动是飞行器再入大气层时所面临的高速高温流动环境,膨胀管是少数几种能模拟超高速流动的地面设备之一。采用数值模拟方法对超高速试验进行辅助分析诊断,流动模拟时热化学反应模型的选择对流场特性影响较大,分别选择5组分、11组分热平衡及5组分热非平衡模型,对比研究3种不同热化学反应模型对双楔试验模型数值模拟结果的影响,以进一步评估超高速流动模拟时热化学反应模型的适用范围。结果表明,试验气流条件下5组分化学模型即可满足要求,加速气流条件则必须采取11组分化学模型,而对于流动中热非平衡效应显著时,热化学非平衡模型更为适用。     

真空容器设计

介绍了特大型真空容器的结构形式、活动大门设计，并对容器设计中的一些重要问题的工程处理、大开孔补强、容器稳定性有限元计算过程和结果作了分析说明。通过试验使用证明，设计对一些关键问题的处理是正确的。     

基于VxWorks的无人机模拟器设计与实现CSCD

无人机模拟器通过模拟与地面发控设备的电气接口及逻辑关系和无人机空中飞行全过程实现了对无人机的模拟,是一套用于飞行协同训练及地面发控设备检查的地面辅助设备。该设备采用基于CPCI总线结构、Vx Works操作系统的计算机,实现了串口通信、UDP网络通信、图形人机交互界面等功能。     

太阳探索史画之五 太阳常数·破解夫琅和费线之谜·太阳摄影

1838年:太阳常数太阳常数是一种太阳发光度的度量,它以当地球距太阳一个天文单位(149,598,500千米)时,地球外层大气一平方米每秒入射的能量的量来定义。尽管许多科学家都曾试图计算太阳发出的热量,但最初直接测量的尝试是法国物理学家普耶(ClaudePouillet1790～1868)和英国天文学家约翰·赫歇尔(JohnHerschel,1792～1871),他们分别独立并几乎同时进行了测量。尽管他们各自设计了不同的设备,但是根本的原理是相同的:将一些已知质量的水普耶的太阳温度计水被装在圆柱形的容器a里,b面涂黑,并面向太阳。温度计d被容器与太阳隔离,圆盘e用来校准…     

一种微波等离子体原子氧模拟装置

介绍了一种新颖的原子氧模拟试验装置。该装置采用了微波电子回旋共振（ｅｌｅｃｔｒｏｎｃｙｃｌｏｔｒｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅ简称“ＥＣＲ”）的先进技术。最佳调试状态下，可获得１０（１５）／（ｃｍ２·ｓ）的束流。在该试验装置上，对航天器上常用的Ｋａｐｔｏｎ和石墨环氧材料进行了原子氧效应试验，首次在国内成功的获得了原子氧束流模拟试验的样品结果。对样品的表面形貌分析证明：试验结果完全与国外同类设备的试验结论一致，这标志着中国在原子氧地面模拟技术领域的研究已取得重要进展。     

汞离子推进系统寿命试验设备的设计

本文着重叙述汞离子推进系统寿命试验设备的设计概况及其主要部分的结构,对于设备的设计原理也作了相应的介绍。这台设备由两个试验系统构成,每个系统包括直径1.0米的主舱、直径0.4米的副舱和配电舱。还配有一台微型计算机,用来进行寿命试验的实时控制和数据处理。这一试验设备可为两台5至12厘米汞离子推进系统同时进行一年左右的连续运转提供一个满足寿命试验要求的空间模拟环境。     

模拟月壤真空试验装置设计及实现方法

我国探月三期需在月面真空环境下钻采2 m深的月壤样品,为测试采样器在真空热环境下的性能,需首先在地面模拟一个接近月表的真空热环境.本文设计了一套模拟月壤真空试验装置,研究了模拟月壤真空实现方法.通过使用机械泵对模拟月壤进行抽真空,分析了抽速、样品量、含水量、密实度和温度等因素对模拟月壤真空度的影响情况.此外,分别分析了从容器顶部、底部抽气对模拟月壤抽真空效果的影响,提出了保证样品密实度的可行抽气方法.该试验研究对构建月面真空环境模拟器具备一定的参考价值.      

空间Kapton材料的原子氧、温度、紫外效应试验研究

主要通过灯丝放电磁场约束型原子氧剥蚀效应地面模拟设备模拟空间环境,对空间常用材料Kapton进行了原子氧剥蚀效应、温度升高对材料原子氧效应的影响试验以及原子氧与紫外辐射复合效应试验,对试验前后试样的外观、质量及表面形貌进行了比较,得出了材料在设备中的反应特点以及温度变化、紫外辐射对材料的原子氧效应的影响规律.同时测量了原子氧暴露试验前后、原子氧与紫外辐射复合作用前后试样的反射率和透射率,并进行了比较.      

紧凑型ECR等离子体原子氧束流源的研制

原子氧对低地球轨道航天器部件材料的侵蚀及其地面环境模拟日益受到国际航天界的重视.高速飞行的航天器与迎面的空间环境原子氧之间相互作用能量约为5eV,在此能量范围内,原子氧束流与材料表面相互作用的许多物理和化学问题尚待从实验上认真研究,因此必需建立地面环境模拟装置.本文根据电子回旋共振(ECR)原理,利用微波的同轴传输与耦合,采用永磁体构成轴向不对称磁镜场产生会切磁场,降低了常规设计的磁场强度,缩小了装置的尺寸,同时采用无电极放电,避免了重金属杂质导入等离子体,研制出紧凑型纯净原子氧中性束流源.该装置易与真空容器联接.联机运行结果表明该装置能够在10-1-10-3Pa的气压范围内稳定运行,通量密度达到3×1015atom/cm2@s,满足了原子氧环境地面模拟试验对装置小型化的要求.