航天器可重复使用热防护技术研究进展与应用

新一代可重复使用飞行器对热防护系统提出了更高的要求,对于发展高超声速技术而言,可重复使用热防护系统设计至关重要,同时也面临着最困难的技术挑战。文章总结了可重复使用热防护系统可用的新型防热机制,综述了可重复使用航天器所采用的热防护系统的发展状态及典型飞行器应用现状,并阐述了新一代可重复使用热防护技术在设计与分析方法、验证与评价手段以及新型热防护材料等几个方面所面临的挑战。文章有助于更好的理解未来的高超声速飞行器发展中可重复使用热防护技术的发展方向。     

新型可重复使用载人航天器总体设计构想

<正>从苏联"斯普特尼克"1卫星进入太空到今天,60多年里,人类在航天事业上不断进步,但飞行器的不可回收性使各个国家承担着高昂的成本,制约着航天事业发展。尤其是现在商业航天的规模不断扩大,客户需求不断增大,太空旅游逐渐成为航天又一重要发展方向,航天器的可重复使用性变得更加重要。可重复使用载人航天器,是可以多次往返地面与太空的载人飞行器。可重复使用航天器可以在大气层内进行飞行,或者在太空进行巡航与轨道停泊,与空间站进行对接等任务。随着技术发展,可重复使用航天器还可以进行行星际甚至恒星际的探索。载人航天器的可重复使用将大大减少航天任务的成本。     

可重复使用航天器回收着陆技术综述

<正>可重复使用航天器是航天技术领域的重要发展方向,包括可重复使用的飞船、卫星、空间探测器、运载火箭、空天飞行器等。与一次性使用航天器相比,可重复使用航天器的突出优势主要在于通过多次使用降低单次任务成本,通过维护保障从而缩短研制周期并提高任务的灵活性等。     

X-37B轨道试验飞行器可重复使用热防护系统综述

热防护系统是可重复使用航天器的核心部分,X-37B轨道试验飞行器的成功试飞,突破了可重复使用热防护系统的技术瓶颈。文章对X-37B热防护系统进行了介绍,对鼻锥、机翼前缘、机体迎风面及背风面等部位热防护材料的技术方案、性能参数、制备方式及验证情况进行了概括,同时,总结了X-37B热防护系统的设计经验,可为我国可重复使用航天器热防护系统设计及研究工作提供参考。     

可重复使用航天器系统的可靠性分析

重复使用技术是提高航天任务经济性的有效途经。针对可重复使用航天器系统的重复使用需求,对系统可重复使用次数及重复使用的可靠性进行评估,特别是更易于重复使用的电子类系统,基于数学模型法、元器件计数法等可靠性评估的经典方法建立了返回式航天器系统的可靠性模型,并以返回式卫星的电源分系统和回收、着陆分系统作为实例进行分析。研究了维修活动对可靠度的影响,建立了系统固有可靠性与维修后可靠性一体化的模型,建立了基于维修效果的系统重复使用次数评估模型,对系统的可重复使用次数进行了评估。并通过算例验证了模型的可靠性,分析了役龄因子、失效率等典型参数对系统可靠性的影响,计算了系统可重复使用次数达到50次以上的所需条件。     

第六届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议征文通知

正2018年10月,中国宇航学会返回与再入专业委员会将在北京召开第六届飞行器进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术的全国学术会议。本次会议主题为"聚焦再入创新引领空天融合"。现开展会议征文,欢迎广大科技工作者积极投稿,广泛交流该领域内最新技术及科研成果,推动我国未来航天技术的持续发展。一、征文主题1.EDLA新技术及发展战略研究:航天器天地往返技术发展战略;航天器可重复使用技术、发展及应用研究;航天器再入/进入、减速与着陆领域的新理论、新技术、新方法;航天器再入进入、减速与着陆技术的展望     

软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

航天器预测与健康管理技术研究

从研究进展、体系结构和关键技术三方面概述了航天器预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)技术。概括了国内外航天器PHM研究进展,总结了PHM通用方法体系和逻辑分层、视情维修等通用性PHM体系结构,在此基础上提出采用星地协同三级闭环的模式构建卫星PHM系统;结合航天器技术特点,分析了航天器PHM各个功能层级的关键技术,并对我国航天器PHM技术的发展提出了建议。     

载人航天器热管理技术发展综述

载人航天器热管理是一种新的设计理念,针对大型载人航天器的特殊情况,从系统层面,主要通过流体回路和对流通风,完成航天器的热量收集、传输、利用和排散。文章介绍了国内外载人航天器热管理技术发展现状及方向,提出未来我国载人航天器热管理技术的发展方向。[     

第七届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议征文通知(第一轮)

<正>2019年8月,中国宇航学会返回与再入专业委员会将在青岛召开第七届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术的全国学术会议。本次会议将围绕"天地通途自由往返"主题,结合火星、探月、载人航天工程等国家重大科技专项工程及航天技术的民用转化研究,开展研讨。现进行会议征文,欢迎广大科技工作者积极投稿,广泛交流该领域内最新技术及科研成果,推动我国未来EDLA技术的持续发展。一、征文主题1. EDLA新技术及发展战略研究:航天器天地往返技术发展战略;航天器可重复使用技术、发展及应用研究;航天器再入/进入、减速与着陆领域的新理论、新技术、新方法;航天器再入进入、减速与着陆技术的展望;地外天体着陆、起飞技术发展     

可重复使用运载器级间分离过程研究

级间分离过程中，可重复使用运载器受到非定常扰动，可能会造成分离失败。为研究级间分离过程中可重复使用运载器运动特性及周围流场分布随分离高度的变化情况，建立航天器和运载器的运动方程，使用动网格技术和有限体积法求解N-S方程。研究结果表明：随着级间分离高度的升高，气动力不断减小，非定常扰动对分离产生的影响越来越小；分离过程中，航天器和运载器的平动速度差较小，角速度差越来越小，最大差值从30 km高空的0.427 rad/s减小到50 km 高空的0.1 rad/s，二者之间的最小距离变大，更有利于安全分离。     

纳米孔材料中辐射热传递的改进——扩散近似法计算

用可燃的烧蚀材料作为主动的承热层,用不可燃的多孔材料作为被动的隔热层,是当今一次性使用航天器最普通的一种热防护形式,然而对可重复使用的航天器来说,这种防热结构显然不适用.但是如果把烧蚀层改为金属薄壁或多层金属热防护系统,在不增加很多质量的情况下,能保证航天器主结构在允许的温度范围,则可能是一种很好的设计.在此情况下,隔...     

Application of information criteria to control the structurally uncertain navigation system of a reusable spacecraft

The problem of attitude control of a gyro-stabilized platform with the structurally uncertain drift model is solved. The solution is realized in two stages. At the first stage, on the basis of the obtained stochastic model of the reusable spacecraft navigation system, the drift model of gyro-stabilized platform is identified. At the second stage, the control of its spatial orientation is synthesized with regard to the found drift model. The results of numerical simulation are presented in conclusion.     

美国载人航天商业运输的发展

研究了美国载人航天商业运输的发展现状和趋势。美国在取消星座计划之后,实施商业乘员和货物项目,将依靠商业运输器实现＂国际空间站＂的乘员和货物运输,以缩短＂后航天飞机＂时代（航天飞机退役后）运输的断档期。美国商业乘员和货物项目包括商业轨道运输服务（COTS）计划、商业再补给服务（CRS）计划和商业乘员开发（CCDev）计划...     

Multi-structural estimation of an integrated navigation system of a reusable spacecraft

An approach to the synthesis of an integrated navigation system is considered for a reusable space-craft that performs an arbitrary spatial maneuver under the conditions of internal and external disturbances. The offered approach provides for a noise-suppressing solution of the navigation problem, both in a regular mode of spacecraft motion, and during its descent along the unplanned trajectory.     

“四极型”防辐射航天器构架设想

采用"四极型"布置的主动静电场防辐射方法,减少使用厚重的防辐射材料,减轻发射质量。主舱体和金属防护球的外壳结构采用柔性材料,其支撑架能够通过机械结构灵活收缩膨胀。采用卷式薄膜太阳翼,展开前卷装在用于支撑金属防护球的外部支撑杆内壁中。设计结果表明,此航天器构架能够自由伸缩和膨胀,可提高空间利用率,从而满足一次发射的需求,并可长期使用,具有较好的经济效益。     

Analysis of heterogeneous recombination of oxygen atoms on aluminum oxide by methods of quantum mechanics and classical dynamics

To analyze the catalytic properties of heat shield materials of space vehicles, the cluster models of the adsorption of oxygen atoms on aluminum oxide are constructed and the corresponding potential energy surface is calculated on the basis of the density functional theory. Quantum-mechanical calculations showed that it is necessary to take into account the relaxation of the surface monolayers. Using this surface in molecular dynamics, calculations made it possible to obtain the probabilities of the heterogeneous recombination of oxygen atoms on the α-Al₂O₃ surface, which are in good agreement with experimental data. The calculations performed substantially decrease the amount of experimental investigations necessary reliably to describe the heterogeneous catalysis on promising reusable heat shield coatings for analyzing heat transfer during spacecraft entry into the atmosphere.     

航天器姿态机动规划技术研究进展

以航天器多约束姿态控制为背景,围绕姿态机动路径的复杂约束处理问题,对姿态机动规划技术的规划模型、方法研究现状与未来发展趋势进行了论述、分析与归纳。首先介绍了航天器姿态机动规划模型,随后梳理并总结了航天器姿态机动规划技术发展历程及现状,从方法逻辑、设计思想等方面对姿态机动规划方法进行分类和关键技术分析,进一步根据技术发展脉络和未来航天任务需求,提出了航天器姿态机动规划技术的若干发展趋势。     

Study on passive momentum exchange landing gear using two-dimensional analysis

This paper discusses a landing response control system based on the momentum exchange principle for planetary exploration spacecraft. In the past, landing gear systems with cantilever designs that incorporate honeycomb materials to dissipate shock energy through plastic deformation have been used, but once tested before launch, the system cannot be used in a real mission. The sky crane system used for the Mars Science Laboratory by NASA can achieve a safe and precise landing, but it is highly complex. This paper introduces a momentum exchange impact damper (MEID) that absorbs the controlled object׳s momentum with extra masses called damper masses. The MEID is reusable, which makes it easy to ensure the landing gear׳s reliability. In this system, only passive elements such as springs are needed. A single-axis (SA) model has already been used to verify the effectiveness of MEIDs through simulations and experiments measuring the rebound height of the spacecraft. However, the SA model cannot address the rotational motion and tipping of the spacecraft. This paper presents a two-landing-gear-system (TLGS) model in which multiple MEIDs are equipped for two-dimensional analysis. Unlike in the authors׳ previous studies, in this study each MEID is launched when the corresponding landing gear lands and the MEIDs do not contain active actuators. This mechanism can be used to realize advanced control specifications, and it is simply compared with previous mechanisms including actuators, in which all of the MEIDs are launched simultaneously. If each MEID works when the corresponding gear lands, the rebound height of each gear can be minimized, and tipping can be prevented, as demonstrated by the results of our simulations.     

航天器环境工程研究与展望

文章对航天器环境工程的发展进行了科学的探讨。文章指出：开展高可靠、长寿命航天器环境试验评价及防护技术研究,是航天器环境工程的长期重点发展方向;开展月球探测器特殊环境效应与模拟试验技术的研究,是探月工程的需求;航天器环境效应综合预示系统及航天器虚拟总装工艺技术,是未来发展的趋势;而建立空间环境天地一体化应用系统和建立空间环境试验与总装生产体系,是未来发展的模式。