子午工程探空火箭伸杆展开机构技术研究

根据子午工程探空火箭电子和电场探测需求,设计了套筒式伸杆展开机构.通过电子伸杆和电场伸杆的结构方案设计、力学仿真分析,伸杆单项力学试验,伸杆与整箭的匹配力学试验以及伸杆飞行试验验证得出,该伸杆技术方案合理可行,伸杆总体构型、布局设计及结构方案设计满足科学探测各项技术指标的要求.      

利用近地点磁场探测数据确定卫星自旋轴参数

阐述了利用近地点磁场探测数据确定卫星自旋轴参数的理论方法和实施步骤,并说明了这种研究对卫星运行和科学探测的重要性.特别强调了需要注意的基本条件,即卫星必须自旋稳定且近地点不很高(1000 km以下).这种方法关键的步骤是,根据卫星轨道数据定出模型磁场数值,比较近地点星载磁强计探测数据和近地点地磁模型数值确定卫星自旋轴的指向.通过对TC-1和TC-2卫星姿态的具体计算,对确定精度和应用效果进行了分析和比较.结果表明,在实际的卫星应用过程中此方法和措施非常有效,在科学分析和将来的卫星运行工程中具有重要的应用意义.      

磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰

在调查了消除卫星本体对磁场探测造成磁干扰的方法基础上,采用磁场梯度张量测量法替代传统的双探头梯度测量法消除卫星磁干扰,通过仿真分析和实测验证重点考察了基于欧拉反褶积算法的构造指数、伸杆长度与背景磁场反演误差之间的关系。仿真结果表明:对于本体边长1 m总剩磁1 A·m2的卫星而言,磁场梯度张量测量法在1~2 m的较短伸杆条件下,背景磁场反演误差较大;在3 m以上的较长伸杆条件下,具有较高的背景磁场反演精度,4 m条件下反演精度约0.5 nT。在长伸杆条件下,磁场梯度张量测量法比双探头梯度测量法的背景磁场反演精度提高约3倍。      

TC-1和Cluster对向阳侧磁层顶通量传输事件的联合观测研究

2004年2至4月期间,探测一号(TC-1)卫星和Cluster卫星有25次同时处在向阳侧磁层顶附近的磁鞘内,TC-1卫星在低纬区,Cluster卫星在中高纬区.利用这一期间两卫星探测到的27个通量传输事件(FTE),分析行星际磁场(IMF)横向分量BT={By,Bz}对磁层顶重联发生位置的影响,以及分量重联的观测事实,得到如下主要结果.(1)当IMF南向分量Bz占优势(|Bz|＞|By|)时,FTE大多(约占87.5%)能在低纬观测到,而当IMF By分量占优势(|Bz|＜|By|)时,则FTE大部分能在中高纬观测到(占84.2%);(2)很少观测到相关联的事件(关联事件指在低纬生成的FTE,向高纬运动中先后被TC-1卫星和Cluster卫星探测到的事件),表明在低纬形成的FTE可能大多沿磁层顶两侧滑向磁尾,只有少数可能运动到高纬地区;(3)中纬地区探测到的FTE大多是以分量重联方式产生于该区,而非来自磁赤道附近成对形成的FTE.      

自旋小卫星姿态动力学建模与控制研究

研究探测近地空间自旋稳定小卫星姿态动力学建模与姿态控制问题,探测任务对该卫星姿态控制有着特殊要求。建模中特别考虑了自旋小卫星双侧伸杆扰动对其姿态运动的影响。利用自旋卫星的章动特性,设计了姿态一章动联合控制器,根据星体横向角速度相位和喷气力矩在惯性空间的方位来确定喷气时刻,采取先章动粗控与进动控制,后章动精控的策略。当卫星受空间扰动力矩长期作用产生较大章动角而需调姿进行轨道机动时,可以应用本控制器方便地调整自旋轴的指向。     

火星次表层探测雷达展开机构设计与试验

利用卷筒式伸杆机构展开后为金属薄带螺旋层叠式构型可作为天线的特性，提出了“类偶极子”的布局方案，使用两套卷筒式伸杆机构向反方向展开形成探测基线，解决了火星探测任务中次表层探测雷达天线展开长度需求大和收拢包络有限的矛盾。与其他次表层雷达天线展开机构进行了对比，指出“天问一号”的展开机构具有最小的收纳体积，最大的展收比，最适合需要安装多套载荷的应用场合。对卷筒式伸杆机构的组成及工作原理进行了阐述，给出了次表层探测雷达展开机构机械性能与其核心部件弹性卷筒构型参数间的关系，获得了弹性卷筒驱动力和基频的计算公式。分析结果表明：卷筒式伸杆机构展开状态基频由弹性卷筒的带宽、壁厚以及展开后的根部半径和末端半径决定；驱动力与带材的弹性模量、带宽成正比，与带厚的三次方成正比，其中带厚对驱动力的影响最大。对卷筒式伸杆机构的基频和驱动力进行了测试，试验结果与分析结果吻合良好。     

2004年3月13日TC-1和Cluster卫星联合观测的磁通量传输事件

分析了2004年3月13日12:15到12:25UT期间TC-1和Cluster卫星簇的磁通门磁力计(FGM)和电子/电流试验仪(PEACE)的联合观测数据.在此期间,TC-1卫星位于日下点以南的磁层顶附近的磁鞘中,并在12:19UT左右观测到了一个典型的先正后负的磁鞘磁通量传输事件(FTE);而Cluster卫星簇位于北半球日侧高纬磁层项附近,并于12:23UT左右穿出磁层顶进入磁鞘,且在12:21 UT左右也观测到了一个典型的先正后负的磁层FTE.比较分析发现此两个FTE具有类似的磁场结构和等离子体特征,可能是同一个北向运动的FTE先后被TC-1和Cluster卫星观测到.利用Cluster 4颗卫星的多点同时观测数据,采用最小方向微分法和时空微分方法,推断Cluster卫星观测的这个FTE是尺度大小约为1.21Re的准二维结构,其运动方向为东北方向,与Cooling模型预测方向基本一致.利用Cooling模型的预测,推算了TC-1卫星在12:19UT观测的FTE的运动速度和尺度,进而得出随着通量管的极向运动,其速度和尺度均有所增加.     

空间科学实验地面支持系统平台

相对于其他空间任务, 空间科学实验具有用户分散、实验进程控制 (遥科学实验)要求实时或准实时、多种类型空间科学数据处理要求等特点. 针对空间科学实验的特点和对地面支持系统的要求, 结合实践八号卫星(SJ-8)、探测双星(TC-1, TC-2) 和神舟系列飞船(SZ) 的空间科学实验地面支持系统的任务完成情况, 以及未来空间科学实验任务的需求, 提出了地面支持系统平台的构架设想. 该系统平台支持空间科学实验的状态监视与控制, 支持遥科学实验, 能够支持空间科学实验数据标准产品的定制处理, 满足空间科学实验多任务的要求, 具有通用性和可扩展性.      

近地尾向流和磁场——TC-1卫星观测结果

2004年10月12日,在01:30—04:30 UT期间,位于向阳侧磁层顶附近的Geotail卫星探测到行星际磁场为持续南向.此太阳风条件驱动了一个小磁暴,Sym-H指数在04:12 UT达到最小值-33 nT.在磁暴主相期间,AE指数维持在较高的水平,其最大值达400 nT.02:00—03:00 UT期间,TC-1卫星在近地磁尾(-10.6,3.2,-0.1)R_e处观测到明显的亚暴膨胀相特征和磁场偶极化过程.在偶极化前1 min,有较强的(v_x<-100 km/s)持续时间超过3 min的尾向流发生.分析发现该尾向流具有低温、高密度和沿磁场流动的特点,这说明尾向流具有来源于电离层风的特征.尾向流期间,TC-1观测的磁场分量B_x和总的磁场强度增加,磁倾角减小,磁场结构变成非偶极型,说明尾向流对磁场结构有一定的影响,文中尝试给出了相应的物理解释.观测表明,该事例中的近地磁尾尾向流可能对磁场偶极化过程的发生有重要意义.     

代数重建法反演环电流分布的初步结果

TC-2卫星携带了高能中性原子成像仪.在理论上可以根据对中性原子的探测通过反演获得磁层中环电流的空间分布.开发了一种新的反演技术和算法来反演环电流的分布.文中将层析成像技术引入反演环电流区离子分布,把磁层空间环电流区域划分为网格并依据层析成像常用的代数重建法反演环电流的分布.反演前后的电流离子分布具有一致性,证实了这种反演方法的可行性.通过对比反演结果与初始分布,模型通过较少的假设和简单的步骤就可以获得全面的环电流信息.      

A Brief Introduction and Recent Progress of the Geospace Double Star Program

The Geospace Double Star Project (DSP) consists of two small satellites operating in the near-earth equatorial and polar regions, respectively. The goals of DSP are: (1) to provide high-resolution field, particle, and wave measurements in some important near-earth active regions which have not been covered by current ISTP missions, such as the near-earth plasma sheet and its boundary layer, the ring current, the radiation belts, the dayside magnetopause boundary layer, and the polar region; (2) to investigate the trigger mechanisms of magnetic storms, magnetospheric substorms, and magnetospheric particle events,as well as the responses of geospace storms to solar activities and interplanetary disturbances; (3) to set up the models describing the spatial and temporal variations of the near-earth space environment.To realize the above goals, the equatorial satellite TC-1 and the polar satellite TC-2 will accommodate, respectively, eight instruments on board. TC-1was launched successfully in December 2003 while the polar satellite (TC-2)will be launched in July 2004. The orbit of the equatorial satellite TC-1 consists of a perigee at 550 km, an apogee at 60 000 km, and an inclination of about 28.5; while the orbit of the polar satellite will have a perigee of 700 km, an apogee of 40 000 km, and an inclination of about 90. The two satellites will take coordinated measurements with Cluster Ⅱ and will first form a "six-point exploration" in geospace.The operational status of TC-1 are introduced in this paper.     

关于HEO空间飞行体的轨道寿命问题

低轨地球卫星的轨道寿命主要取决于大气的耗散作用,其轨道在不断变小(即高度降低)变圆的状态下进入地球稠密大气层中陨落.但HEO(Highly Eccentric Orbit)类型的空间飞行体的运行轨道是一个近地点高度很低,远地点高度却很高的大偏心率椭圆轨道,其轨道寿命主要由第三体(日、月)引力摄动所决定,而且还与其轨道的初始状态有密切关系,特别是慢变量Ω(轨道升交点经度)和ω(轨道近地点幅角),决定了偏心率e的长周期变化状态,从而制约了HEO类型空间飞行体的轨道寿命.本文将根据地球卫星轨道变化规律进行理论分析,阐明这一力学机制,并给出相应的数值验证.      

磁尾爆发性整体流和地磁Pi2脉动关系研究

利用Cluster,TC-1以及中国和欧洲在中低纬六个地面台站的数据,分析了2004年10月22日1700-1930 UT发生的三次BBF事件过程中地面和近地空间磁场脉动的特性.这三次BBF事件都发生在地磁活动的平静时期.结果发现,有两次平静时期的BBF确实对应着阻尼型Pi2脉动,并且脉动的特征与以前观测结果中的特征类似.在第一次BBF事件中,空间观测和地面观测均发现了Pi2脉动;在第二次事件中,地面观测到了Pi2脉动,而空间没有观测到Pi2脉动;在第三次事件中,空间和地面观测都没有发现Pi2脉动.这些观测事实说明BBF所激发的Pi2脉动特征是相当复杂的,而且并不是所有BBF都能产生Pi2脉动,所以到底BBF在什么条件下可以产生Pi2仍然是一个没有解决的问题.      

来自电离层的尾向流对近地磁场位形的影响

探测一号(TC-1)卫星的观测结果表明,尾向流能够拉伸近地磁尾的磁力线,从而导致磁场位形改变.尾向流具有垂直于磁场的速度分量,这种垂直磁场的速度分量会导致磁力线向尾向拉伸,磁场的结构由偶极型变为非偶极型.而随尾向流的终止,地向流的出现,磁场的结构由非偶极型变为偶极型,磁力线恢复原状.另外在磁场的结构由非偶极型变为偶极型的过程中,伴随磁能的释放热离子温度的迅速升高,温度由各向同性逐渐趋向各向异性.其次,观测结果显示来自电离层的尾向流对磁场By分量有重要的影响,能够引起磁场By分量的显著增强.上述分析结果表明来自电离层的尾向流对近地磁尾动力学过程有着重要的影响.      

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.     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

Considerations in the design and deployment of flexible booms for a solar sail

The majority of solar sailing missions utilise semi-rigid boom technology but this places limits on the possible size of the sail. Practical large sails may be constructed using flexible booms on a spinning satellite. The dynamics of the deployment of long flexible booms are investigated and limiting parameters discussed. Deployment strategies are proposed utilising active deployment and a means of passive deployment which requires no direct control of the deployment process. Practical insights into the design, testing and use of a flexible boom solar sail deployment mechanism is presented based on small scale experimental testing, discussing aspects such as boom winding and balanced deployment. Three novel deployment mechanism design concepts are developed; two passive mechanisms using rotational damping to retard the boom deployment and one active concept takes advantage of the forces produced by the spinning nature of the satellite to develop a compact deployment mechanism.     

有源箝位ZVS-PWM开关变换器的分析研究

有源箝位 ZVS- PWM开关变换器较硬开关 PWM变换器有很大的优点 ,可以改进高频电源的设计 ,改善它的性能。分析有源箝位 ZVS- PWM开关变换器的稳态工作原理以及应用于卫星电源设计的可行性