航天技术二次应用范例 四

平衡功能失调诊断系统 在美国,平衡功能失调的患者每年约200万人,其中约20％病例是由于内耳疾病引起的。人体的平衡功能是通过将视觉、触觉和前庭(内耳)信息在大脑内综合体现的。前庭信息是人体内部的监测系统;视觉和触觉是环境监测器。平衡失调的症状表现为眩晕、目旋或头昏眼花,给病人带来很大的痛苦,甚至不能从事正常工作和生活。     

航天员低重力步行训练被动外骨骼机器人模拟

针对月球或火星登陆航天员在地面进行低重力步行模拟训练的需要,提出一种采用被动重力平衡技术的外骨骼机器人系统。该系统由一台跑步机和一套可穿戴的被动机械外骨骼组成,通过将人体各主要部件的重力按比例分布转嫁到外骨骼上来达到低重力模拟效果,因此其不但可以平衡任意比例（0%-100%）的人体重力,而且可以使受训者感受到各主要关节失去相同比例重力载荷的效果,从而达到逼真模拟低重力步行。由于系统完全被动,无需施加主动关节控制力矩,同时也不用进行关节运动的离线或在线精确规划,从而避免了复杂的关节控制器及其稳定性设计和分析。动力学仿真结果表明,该外骨骼机器人系统能够逼真地模拟出不同重力条件下的步行效果。     

前庭系统参与植物性神经和呼吸调节的生理学证据

对前庭系统的电刺激或自然刺激引起血压和呼吸运动的变化。猫缶后翻转时的前庭刺激引起交感神经系统兴奋性升高，这种反应适于代偿诸如在垂直攀升等运动中，猫向后翻转产生的立位血压过低；同时，横切麻醉猫或清醒猫的前庭神经可损害、代偿猫向后翻转引起的血压降低的能力。另外，前庭系统还可影响呼吸肌，这一功能通用与调节呼吸肌的活动，可抵销体位变化过程中对呼吸肌的机械性抑制。这些结果表明前庭系统对植物性神经系统和呼吸系     

机器视觉在军事领域的应用现状及发展趋势

机器视觉技术凭借其非接触测量、实时性好、可持续工作等优点，在军事领域中有着广阔的应用前景。在对机器视觉光学照明系统、成像系统、视觉信息处理系统等关键技术进行概述的基础上，详细分析了机器视觉技术在军事领域进行典型目标物识别、人员识别、装备缺陷检测等典型场景以及典型军事装备上的应用现状。在此基础上，指出了机器视觉在军事领域的应用，仍然存在视觉传感器硬件系统难以适应极端环境、复杂的军事目标适应性不足、目标识别的实时性难以保证、多传感器融合获取军事目标信息能力缺乏等问题。同时，对机器视觉技术在军事领域应用的未来发展趋势进行了展望，研究分析结果可为机器视觉在军事领域的进一步实用化提供参考。     

星载机械可动天线地面零重力卸载概述

在星载机械可动天线地面测试试验中，重力会对其工作性能产生不利影响。重力卸载作为减弱重力影响的重要措施，在地面试验中被广泛应用。然而，由于天线结构形式、驱动能力及试验状态的不同和天线卸载状态的差异，均会影响到试验数据的准确性。为了能够更好地选择合理的卸载方式，分析了影响机械可动天线卸载的关键因素，对比了不同卸载方式的差异，阐述了天线卸载的设计要点。通过对天线卸载设计过程的详细描述和要点分析，为天线地面试验零重力卸载提供了技术参考和依据。     

多体卫星地面物理仿真的一致性研究

三轴气浮台不能直接用于多体卫星的地面物理仿真实验,这是由于部件转动引起台体 的质心变化,进而产生重力静不平衡力矩,使仿真过程无法进行,因此需要质心补偿系统对 气浮台的重力静不平衡力矩进行补偿。本文通过对多体卫星动力学和气浮台动力学的比较, 分析了在重力场中的地面物理仿真系统与真实卫星的动力学特性的不同点,给出地面物理仿 真系统能完全模拟真实卫星运动的一致性条件,并进行了数学仿真。当转动附件的质心在转 动轴或转动中心上时,气浮台系统可以完全模拟卫星系统的质量特性和力学耦合特性,否则 ,多体气浮台系统和多体卫星系统的动力学耦合特性不完全一致,需要采取一定的方法进行 补偿。
     

航天员在飞行中的生理变化

航天员在飞行中受到多种物理因素的作用,从目前来看影响航天员健康的最主要因素是失重,它长时间、持续性地作用于人体,引起人体生理系统的一系列变化。本文根据美苏载人航天资料,着重介绍了失重对心血管、血液、骨骼、肌肉、前庭系统的影响。     

低温泵重力式自循环供液系统理论设计方法及计算软件开发

文章分析了空间环境模拟器的低温泵重力式自循环供液系统的工作原理,明确了系统管道中流体的流动状态。对液氮重力式自循环系统设计方法进行研究,给出其理论计算公式和系统设计流程。同时,基于C++软件平台,根据系统理论设计方法开发出一套系统设计计算软件,为低温泵重力式自循环供液系统的设计提供了理论基础和参考依据。     

在地面上用磁性液体制造流体的超重、失重和微重力环境

磁力和重力均为非接触的力，当作用于磁性液体上的磁力和重力方向相同时，磁性液体处于超重状态；当作用于磁性液体上的磁力和重力方向相反时，磁性液体处于失重状态；当作用于磁性液体上磁力和重力相互抵消，磁性液体呈饱和磁化状态且处在均匀梯度磁场区域中时，磁性液体被表面张力约束成球体，磁性液体处于微重力状态。这一发现使我们在地面上能经济的、方便的、长时间的制造流体的小区域微重力环境，为研究微重力状态下的流体科学、生命科学，材料加工和器件开发等提供了新的方法。     

视觉测振技术在柔性太阳翼模态试验中的应用

针对8 m×5 m的柔性太阳翼在倒立状态下进行模态试验,设计数字摄像视觉测振系统,基于图像特征跟踪法实现了从相机标定、图像采集、信息提取到三维振动数据获取的过程,通过工况模态辨识方法获取了柔性太阳翼模态频率及振型等动力学参数。并考虑空气和重力影响建立太阳翼有限元模型,通过与基于基恩士激光位移传感器的传统模态试验结果及仿真分析结果进行对比,验证了基于视觉测振工况模态试验方法的准确性,为柔性太阳翼在轨模态辨识奠定基础。     

太空苔藓奇妙的生长方式

我们都知道，在地球上，植物由于受重力作用基本上都是上下竖直生长，即使人为地将植物横放，它们的茎仍会向上弯曲、根向下弯曲生长。而在太空微重力或失重环境下，植物失去了重力方向的引导，如果再没有其他因素，     

表面张力贮箱的微重力实验验证--静平衡与重定位

新研制的表面张力贮箱保证在微重力或无重力环境下、在任何时候都能向系统提供不含气的推进剂，因而需要确定液体的空间分布以及在给定微重力加速度下的重定位过程，以便为贮箱的设计提供依据。为此，按照相似理论用缩比模型进行了一系列微重力落塔实验，然后根据测定的重定位时间计算出原型表面张力贮箱的重定位时间。     

自适应多点悬挂重力补偿系统研究

大型桁架式可展开航天结构在地面试验时,存在大挠度变形、精度低、泛用性差等结构特点,为提高地面试验有效性,提出了一种自适应多点悬挂重力补偿控制方法。首先,设计系统辨识算法和控制器算法,解决了多点耦合问题。其次,建立Simulink与Adams联合仿真平台,通过仿真分析选择算法参数,验证了算法的可行性。最后,以大型桁架式航天天线为对象,搭建重力补偿系统实验平台并进行实验验证。实验结果表明:控制系统在稳态环境和动态环境下均能快速收敛。稳态环境下,平均稳态误差为0.5503%;动态环境下,平均稳态误差0.526%。完成了航天结构天线的重力补偿,为多点重力补偿系统方案的实施提供建议和改进措施。     

基于嵌入式MATLAB函数编程的火星车能量平衡仿真系统

在以往航天器研制过程中,电源系统能量平衡分析是基于表格化计算的方法,其运算效率低、显示不直观。文章提出了一种可视性强、易编程、更通用的能量平衡分析方法,即采用嵌入式MATLAB函数对电源系统能量平衡分析的功能模块进行编程实现,以火星车电源系统为应用背景,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了一套用于能量平衡分析的仿真系统,并在特定实例下进行仿真分析,仿真结果采用图表曲线形式显示,能清晰、直观地反映能源利用的动态变化趋势,可为电源系统方案优化设计提供参考依据。     

重力场测量卫星研究概况

首先给出了地球重力场和重力测量卫星的内涵，然后概要介绍了地球重力场、月球重力场的作用和意义及国外地球重力场测量技术的发展现状和趋势，比较了目前国际上具有代表性的CHAMP、GRACE和GOCE等重力卫星测量系统。最后阐述我国重力场测量的现状以及发展我国重力场测量卫星系统的必要性，并简要介绍了最新研究进展。     

“和平”号空间站上的人体生命科学实验

太空飞行期间人体生理学研究是太空探索的重要方面，３０天以上的长期飞行尤其如此。ＮＡＳＡ／“和平”号科学计划为研究人体对失重的适应性提供了唯一的机会。虽然在这些研究中还存在着航天时间、机上硬件应用、操作限制及飞行异常等制约因素，但在“和平”号飞行前、飞行中和飞行后仍进行了１６项实验。实验对象是１６位航天员，实验主题是人体对太空飞行的适应性，包括肌与骨、神经前庭、神经前庭、新陈代谢、人体行为和心血管等方面。从ＮＡＳＡ／“和平”号科学计划中得到的结果对于认识人体是否适应长期太空飞行至关重要，这类研究将为认识健康试验对象的生理反应提供有价值的资料，也钭促进对地球上的疾病状态的了解与治疗。     

多点平衡支撑在空间大口径反射镜上的应用

空间反射镜口径的增大使得支撑结构同时兼顾地面重力面形与在轨工作面形的难度增大。多点平衡(Whiffle-tree)支撑系统在满足运动学原理的条件下能够任意增加支撑点数量,已广泛应用于大型地面望远镜。文章以某3m口径空间反射镜为对象进行了Whiffle-tree支撑的设计分析:首先,利用经典理论公式确定了支撑点数量,结合反射镜结构设计对支撑点位置进行了比较优化;然后基于运动学原理进行了Whiffle-tree支撑系统的自由度分配,保证反射镜的静定支撑;最后,根据反射镜组件的指标分配完成了支撑系统的结构设计和有限元分析。分析结果表明,反射镜组件在地面重力作用下的面形误差优于126nm,在温度变化、强迫位移等工况作用下的面形误差均满足指标要求,Whiffle-tree支撑系统的应用合理有效。     

低温热水分户计量采暖系统共用立管水力平衡分析

本文分析了重力作用压头对低温热水计量采暖系统共用立管形式的影响,通过运用基尔霍夫定律分析了下分异程式双管系统和下分同程式双管系统的水力平衡状况,得出了下分异程式双管系统更适用于低温热水采暖系统的结论,并确定了立管经济比摩阻的范围和下分异程式双管可以负担的楼层数。     

人眼启发的图像非均匀映射变换模型构造算法

人眼的视觉信息采集是非均匀的。这种特征和注意力机制确保了人类视觉系统在信息处理方面的优先性。首先介绍了对数极坐标映射，然后基于人类视觉系统的构造，提出了非均匀映射模型的构造规则。基于此规则，以线性模型为例进行了应用性研究。扩展了非均匀映射模型的范围，促进了空间变分辨率视觉理论的进一步发展。     

低温热水分户计量采暖系统共用立管水力平衡分析

本文分析了重力作用压头对低温热水计量采暖系统共用立管形式的影响,通过运用基尔霍夫定律分析了下分异程式双管系统和下分同程式双管系统的水力平衡状况,得出了下分异程式双管系统更适用于低温热水采暖系统的结论,并确定了立管经济比摩阻的范围和下分异程式双管可以负担的楼层数.