北京卫星环境工程研究所金秋学术交流掠影(之二)——美国知名教授来所进行学术讲座

北京卫星环境工程研究所在9月～10月分别邀请了2名美国知名教授到该所进行学术讲座,内容包括:(1)高温、低温、高压下材料的物理和力学性质及火星探测;(2)超高速撞击的试验和数值模拟。     

特殊条件下的航天材料理化检测

开展特殊条件下的材料理化检测是航天器研制中必不可少的手段和产品质量的保证.综述航天材料在不同工作条件下的力学、物理和化学等性能参数的测试,并就如何加强研制新型航天器的先行技术提出了建议.     

“资源三号”02星载激光高度计收发匹配设计

随着星载激光高度计激光发散角和接收视场越来越小,对收发匹配的要求也越来越高,必须开展星载激光高度计收发匹配的仿真设计。文章对星载激光高度计光机系统的主要组成进行了介绍,分析了影响收发匹配的因素。针对激光器仿真技术不完善的问题,提出了基于激光器环境试验的星载激光高度计收发匹配仿真设计方法。该方法成功应用于"资源三号"02星激光高度计的设计中,卫星飞行所带来的收发不匹配约为47μrad,激光的指向变化和抖动小于40μrad,力学环境引起的失调小于35μrad,热环境引起的失调小于45μrad,光学装调精度优于20μrad,最终确定接收视场为500μrad。"资源三号"02星激光高度计目前已经在轨工作超过2年,有效验证了激光高度计收发匹配设计的有效性,对后续星载激光高度计收发匹配设计具有一定的借鉴意义。     

俄罗斯科学家全球首次利用激光合成磁性粒子

据中国科技部网站2012年3月2日消息，俄罗斯科学院乌拉尔分院电子物理研究所科学家首次利用激光合成氧化铁磁性纳米粒子。他们利用激光使普通商业非磁性氧化铁粉饼进行蒸发，接着使用干气体（空气和氩气）冷凝蒸汽，再让冷蒸汽通过不同的滤芯，通过使用不同的气体和气压、调整流速等方法，获得这种粒子最佳合成方式，使其产量大约增加一倍，激光能耗比原有制备方式降低85％。氧化铁磁性纳米粒子可广泛应用于环境治理、生物陶瓷和定向给药等方面，应用前景良好。     

激光移除空间碎片过程的三维仿真与建模

基于轨道力学和激光与物质相互作用理论建立激光移除空间碎片的三维变轨模型。该模型利用激光站/卫星与碎片位置和速度矢量作为初始数据,通过设定激光参数,实时计算和更新速度增量矢量,能够真实地反映碎片的移除过程。该模型包括地基和天基两种类型,根据激光作用临界条件与降轨效果计算碎片的降轨过程,能够实时输出碎片轨道信息,图形化输出使结果更加直观。考虑到速度增量分量对轨道倾角的影响,该模型增加了碎片逃逸情况的判断。最后,利用该模型计算了地基/天基系统移除多种空间碎片材料的过程和效果,发现钢材料碎片移除难度最大,而移除多层绝缘材料的效率最高。     

二频激光陀螺的电解调输出系统(一)

电解调是二频激光陀螺输出系统的解调方案之一。本文阐述了合光棱镜的基本原理,形成光拍的物理过程,以及陀螺鉴相和消除抖动偏置输出等问题。     

卫星天线定向复合控制全物理仿真系统误差模型及分析

为了提高卫星天线定向全物理仿真精度，从力学的角度研究了卫星天线定向复合控制全物理仿真系统试验时影响天线指向与定点控制精度的几个不理想因素。对系统的误并进行了分析和研究，得出了其误差模型，在此基础上设计了自适应控制律并对其进行了稳定性证明。最后对该系统进行了仿真和测试，并给出了结果。结果表明该系统可以满足高精度天线定向复合控制要求。为进一步提高卫星天线定向复合控制仝物理仿真精度奠定了基础。     

超快激光诱导等离子体成丝光谱

飞秒激光等离子体光丝大气中传输的独特物理过程在航天领域具有重要的应用前景。采用仿真与实验,验证了飞秒等离子体成丝的光谱展宽特征,获得了超快等离子体光丝在不同参数特征下,覆盖从可见到红外探测系统的波谱范围,及保持系统相对稳定的特征,对于借助强激光等离子体光丝光谱进行红外特征探测具有重要的启发作用。     

科技成果

正ITER校正场线圈盒体激光封焊技术取得重要突破据科技部网站2018年9月25日报道,我国承担的ITER校正场线圈(简称"CC")全尺寸盒体超大功率激光封焊技术于2018年7月在中国科学院等离子体物理研究所完成认证。该项技术不仅保证ITER所有CC线圈制造与集成进度,更实现了国内万瓦级激光焊接技术从实验室走向工程应用的重要突破。我国科学家创造密集编码量子通信信道容量新纪录据科技部网站2018年9月25日报道,近期,在     

集大成得智慧——钱学森的系统科学成就与贡献

介绍了钱学森科学历程的三大创造高峰:创建物理力学和工程控制论;开创我国火箭、导弹和航天事业,以及系统工程管理方法与技术;建立系统科学及其体系,创建系统学,并开创复杂巨系统科学与技术领域.以钱学森建立的科学技术体系结构为基础,分析了钱学森的系统科学体系、系统学与综合集成方法,以及复杂巨系统科学技术体系.     

防热复合材料的烧蚀机理与模型研究

烧蚀材料在高温环境中因物理、化学和力学因素造成质量损失，影响其性能。建立相应的热化学和热力学烧蚀模型，分析其传热特性和力学性能的演化规律，建立材料的热毁损判据，是复合材料防热结构设计所面临的重要问题。本文综述了近年来文献中对炭基复合材料烧蚀机理的研究，并对几种烧蚀模型进行了评价。     

脉冲展宽对深空激光通信的影响与补偿研究

深空激光通信系统下行链路的脉冲位置调制PPM（Pulse Position Modulation）信号在经过大气信道传输和单光子探测器接收时,将出现脉冲展宽效应,引起通信系统性能下降。分析了大气信道中的淡积云云层散射、大气湍流与气溶胶散射和单光子探测器的抖动特性所引起的脉冲展宽效应。在此基础上,仿真分析了淡积云云层物理厚度对不同PPM调制阶数下通信速率的影响,并研究了单光子探测器引起的脉冲展宽产生的抖动损失。为补偿脉冲展宽的影响,提出了一种基于时隙似然比解调的补偿方法,通过仿真验证了该方法能够有效降低深空PPM激光通信链路中脉冲展宽对通信误码率的影响。该研究对分析和提升深空PPM激光通信系统的链路性能具有一定的参考意义。     

磁脉冲加工的物理基础及计算方法

简要介绍了磁脉冲加工的物理基础及此加工方法的优点和工艺局限性。描述了设备的工作过程及主要构件的功用,针对毛坯变形过程的力学特性的计算、磁脉冲设备的选择、感应系数的选择、感应器及设备放电需要能量的计算,详细介绍了磁脉冲加工过程的工程计算方法,该方法综合了试验研究和各种方法使用的经验,具有很强的实用性。     

如何测量核弹试验火球温度

今年10月16日是我国第一颗原子弹爆炸试验50周年。原子弹爆炸时的蘑菇云随时间的流逝而消失了，但是，它对人们的启示、鼓舞则是永远不会消失的。 1963年初，中央专委下达了我国首次核爆炸任务，国防科委要求中国科学院承担光热辐射和多项力学参数的测试任务，提出测量方案并研制、提供所需的测量仪器。当时原子弹的研制已经有了相当的进展，但原子弹爆炸试验所需的测试工作却毫无准备，时间十分紧迫。中国科学院副院长裴丽生立即部署长春光机所、西安光机研究所、物理研究所、地球物理研究所、电子学研究所、自动化研究所、力学研究所承担任务，并建立专门的领导班子，安排较强的技术力量组成任务核心组，调配精良的设备组建实验室。     

卫星星箭耦合力学分析模型二次缩聚方法

卫星的星箭耦合力学分析模型是利用模态综合法,从卫星有限元模型上直接缩聚得到的。目前的缩聚方法为一次缩聚方法,要求卫星本体以及天线、太阳电池阵等大部件的有限元模型都必须是未经缩聚的纯物理模型。为在无法获得大部件物理模型的情况下得到整星的星箭耦合力学分析模型,文章提出卫星星箭耦合分析模型的二次缩聚方法,可将由卫星本体物理模型和天线一次缩聚模型组成的混合模型二次缩聚为满足运载格式的星箭耦合分析出口模型,并与火箭研制方联合开展星箭耦合分析及结果校验,验证了该方法的有效性。     

基于激光高速通信信号的精密测量方法与性能分析

随着天基定位、导航、授时（Position，Navigation and Time，PNT）系统和天地一体化信息网络的建设，利用星间链路实现高速通信和高精度测量，构建天基信息网络和维持天基时空基准，对星间链路的发展提出了更高的要求。激光波束窄，方向性好，抗干扰能力强，可以实现更高的信息传输和更高的测量分辨率。通过激光星间链路的通信测量一体化设计，实现通信与测量功能的高度融合，共用相同的物理信道和信号设计，将会极大地提升系统性能，降低系统复杂性，从而实现载荷的小型化设计，这已成为星间链路的发展趋势。针对通信与测距一体化的需求，文章设计了基于高速通信信号的激光测量通信一体化方案，并对测量性能进行了理论分析；采用激光测量验证系统，对理论分析进行了验证。实验表明，在1Gbit/s的通信速率下，星间测量精度优于1mm，相比于目前微波星间链路测量，精度提升了30倍。     

模拟月壤研究及其在月球探测工程中的应用

在月壤化学成分、物理力学性质等方面研究结果的基础上,文章对国内外模拟月壤的研究进展进行了综合分析,重点阐述了服务于我国嫦娥探月工程的科学探测仪器标定、着陆器组合缓冲性能试验、巡视器移动试验、月表采样试验等研制任务的模拟月壤研究成果及应用情况,包括模拟月壤原料选取及制备工艺,模拟月壤试验场的铺设方法等,结合载人登月等任务需求提出了未来研究工作的发展建议。     

美国固体推进剂的检验与鉴定规程

美国建立了测定固体推进剂的化学、物理和界面等各项性能的标准检验规程。对推进剂来说,所产生的整套数据,必须是充分的,而且足以确保其安全、工艺参数,并满足质量鉴定指标。固体推进剂的安全、化学、物理、力学等各项性能的检验,是与特定的发动机指标相联系的。测试项目的选择取决于推进剂的类型(如单基或双基,复合或复合改性双基),发动机使用条件(如密闭或不密闭的发动机壳体、相对应的溫度及高度的点火条件),以及要求的贮存寿命。目前,美国对推进剂的检验和鉴定大约进行六十种测试。本文提出了检验与鉴定准则的概要,讨论了各项或各类测试的细节与目的。     

星箭力学环境分析与试验技术研究进展

半个世纪以来，宇航科技工作者对卫星发射力学环境的认识逐步深入，从而带动了相关基础理论、预示方法、分析工具、试验技术和试验设备的不断发展。随着航天技术发展步伐的加快，对航天器设计的要求越来越高，星箭力学环境分析与试验技术研究的迫切性日益凸出。本文重点针对星箭力学环境分析与试验技术所涉及的航天器力学环境预示、航天器力学环境试验和星箭力学环境匹配优化等三方面技术的国内外研究进展进行了综合分析评述；指出了三者之间相辅相成、缺一不可的内在联系：预示分析决定着试验的方法和条件，力学试验又反过来验证预示分析的准确性，力学环境预示分析和试验的准确性和有效性为星箭力学环境匹配优化的顺利开展提供重要保障。最后，根据航天工程的需要，提出了今后在星箭力学环境分析与试验技术研究领域的主要研究方向。     

炭纤维／环氧树脂复合材料层板连续激光烧蚀数值计算

应用工程软件ANSYS的参数化设计语言(APDL)编制程序,建立了复合材料瞬态温度场和烧蚀的物理数学模型,利用"杀死"单元的方法实现动边界退移的烧蚀与热传导耦合计算,从而完成了对烧蚀尺寸变化的定量描述;采用AN-SYS中处理相变的方法,通过定义材料随温度变化的焓来考虑潜热。考虑了纤维的烧蚀、树脂分解以及辐射和对流热损失,对炭纤维/环氧叠层复合材料在不同辐射时间下激光烧蚀的温度场和烧蚀率进行数值计算,并分析了烧蚀特性和烧蚀机理,计算结果与实验结果吻合较好,可为复合材料热载荷下的失效分析和抗激光加固技术设计提供理论基础。