分体式主动像元星敏感器高温度稳定度热设计及在轨验证

星敏感器是航天器姿态控制和天文导航系统的重要组成部分。遥感卫星在轨运行时,须降低其星敏感器温度波动,减小热环境变化带来的星敏感器光轴指向偏差,以提高卫星的姿态控制精度。文章以某太阳同步轨道卫星为例,采用常规热控措施实现分体式主动像元星敏感器安装法兰及支架高温度稳定度（T±2 ℃）的热设计,并在轨实施取得满意效果,可为后续分体式星敏感器热设计提供参考。     

一体化星敏感器温度控制措施及试验验证

针对一体化有源像元(APS)星敏感器的高精度高稳定温度要求,文章提出了从热扰动源波动控制、热量传递路径设计和高精度温度控制参数选择3个方面对星敏感器进行热设计的方法。以太阳同步轨道卫星为例,针对(20±1)℃的温度及稳定度要求,对3台星敏感器集中布局的情况进行分析,最终达到了星敏感器接口温度波动在1℃以内的效果。同时,采用地面等效热平衡试验验证了该方法的有效性,可为后续卫星星敏感器热设计提供参考。     

高精度伞状天线热设计优化及热平衡试验验证

高精度伞状天线温度场影响天线在轨运行型面精度,而天线肋组件作为天线型面保持最重要的部件,其热控设计合理性对保证天线在轨正常工作尤为关键。通过对天线肋组件采取保温、加热设计,在热控实施过程中控制影响漏热的主要因素,使得天线肋温度满足在轨使用要求,通过整机热平衡试验验证了天线肋热设计的合理性。     

高分辨率相机大功率焦面热设计及验证

为保证高分辨率相机焦面的工作环境,尽量降低CCD组件工作时的温升,需对焦面进行热控设计。文章在分析某高分辨率相机焦面热控特点的基础上,根据其结构与安装位置,提出以柔性导热索与固定辐射板结合补偿加热控温的热控方案,并对散热路径进行了设计。利用热分析软件建立相机的热模型并进行仿真计算,结果表明：焦面连续工作600 s后,电箱壳体温度在15.0～24.1 ℃之间,CCD组件温升11.1 ℃;而采用增加相变热管的设计方案后,CCD组件的温升降低至7.2 ℃,满足热控指标要求。最后,对相机进行热平衡试验,结果显示,焦面连续工作600 s后,电箱壳体温度在15.1～22.6 ℃之间,CCD组件最高温升7.2 ℃,与热分析计算结果吻合较好,表明针对该高分辨率相机焦面的热设计正确、可行,为大功率焦面的热控设计提供了参考。     

航天器热平衡试验用大面阵外热流动态模拟系统设计及应用验证

针对航天器热平衡试验时采用固定式红外加热笼无法模拟超低热流的问题,文章研制了一种可在真空低温环境下长时间连续可靠运行的大面阵外热流动态模拟系统。该系统能够在不打开真空容器的情况下,通过动态调整红外加热笼与航天器表面之间的相对位置,同时实现航天器表面的高热流和超低热流模拟,高、低热流模拟的转换时间最短仅需3 min,所模拟的最低热流不大于20 W/m2。将该系统应用于某航天器热平衡试验,能够在低温工况有效降低航天器表面接收的外热流,使航天器表面温度和该表面上的单机温度降低3.5～10 ℃。     

地球静止轨道卫星SADA热设计及高温工况温度分布研究

针对地球静止轨道卫星SADA轴系周向或轴向温度梯度过大导致卡死的故障情况,开展某卫星SADA热设计、热仿真及太阳模拟器光照试验研究。采用挡光板及均温措施等热设计减小SADA温度梯度及外热流影响。试验外热流模拟冬至工况,舱内边界温度25℃,通过在其内部和外部布置88个温度测点,得出SADA内部的电缆束、功率盘片及电刷温度较高。轴系两端面周向最大温差分别为1.2℃和8℃,轴系两端面最大温差6.8℃。在此温度环境下,SADA工作正常,证明了其本身及热控设计的合理性。热仿真计算结果与试验结果一致性较好。研究结果还得到了在轨数据的验证。SADA数学模型、试验方法和结果可为后续型号不同工况条件工作的SADA提供热设计指导。     

高分七号卫星多探头甚高精度星敏感器热设计与验证

根据高分七号卫星对多探头甚高精度星敏感器高热稳定性的任务需求,对多探头甚高精度星敏感器进行热设计。首先,针对星敏感器光轴热漂移优于0.3(″)/℃的高热稳定性技术指标需求,开展星敏感器的结构和内部热设计,确定星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的热控技术指标,根据轨道参数及星敏感器的结构布局制定星敏感器热控设计方案。其次,通过仿真分析,得到星敏感器俯仰(绕X轴)方向和偏航(绕Y轴)方向的热稳定性均优于±0.3″;通过星敏感器热稳定性试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的热稳定性分别为±0.223″和±0.168″;通过星敏感器热平衡试验测得星敏感器绕X轴和绕Y轴的光轴热漂移分别为±0.55″和±0.16″。在轨测试验证结果表明:星敏感器安装法兰和光学镜头镜筒的温度满足热控指标要求,2个多探头甚高精度星敏感器的光轴夹角为±1.8″,星敏感器热设计合理有效,可为其他航天器星敏感器热设计提供参考。     

基于热电制冷的某舱外载荷两级控温设计

在某层叠式舱外载荷热控设计中,为同时满足整机散热以及部分模块组件高精度高稳定度温度控制需求,提出一种基于热电制冷（TEC）在上层模块侧壁营造相对较低温度环境（一级温控）,再结合薄膜式电加热器对上层模块内部组件进行高温度稳定度控温（二级控温）的热控设计方案。该方案通过建立并有效控制上层模块与冷板之间唯一的传热路径,在实现上层模块高效散热的同时保证其内部约束点温度的高稳定性。通过仿真分析和热平衡试验对该热控方案进行验证,结果表明：当冷板来流温度在±5 ℃/90 min波动时,一级控温实现约束点温度波动小于±0.3 ℃/90 min,二级控温实现约束点温度波动小于±0.1 ℃/90 min,所有约束点温度满足指标要求。     

光电信号处理系统单粒子锁定的解锁控制电路设计及试验验证

针对CCD视频信号处理器件单粒子锁定引起的系统功能中断,开发了光学遥感器光电信号处理系统单粒子锁定解锁控制电路。利用器件单粒子锁定时电流突增的特征,通过系统自动判别锁定—断电解锁—上电恢复的工作模式,进行了解锁控制电路与系统电路融合嵌入式设计与试验,在工程上实现了器件发生单粒子锁定时光电信号处理系统的自动解锁控制。利用重离子辐照进行的系统成像验证试验表明,解锁控制电路能够有效可靠判别单粒子锁定是否发生,并自动快速有效解除锁定,恢复器件及光电信号处理系统功能,系统功能恢复时间＜5 s。     

Three-axis active control system for gravity gradient stabilised microsatellite

In this paper, the control system of the first Algerian microsatellite in orbit Alsat-1 is presented. Alsat-1 is a 3-axis stabilised microsatellite, using a pitch momentum wheel and yaw reaction wheel, with dual redundant 3-axis magnetorquers. A gravity gradient boom is employed to provide a high degree of platform stability. Two vector magnetometers and four dual sun sensors are carried in order to determine the attitude. This paper examines the low Earth orbit (LEO) control system requirements and design in the context of a real system, the Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) advanced microsatellite platform and puts forward designs for the control system to match the advanced capability of the enhanced microsatellite platform. Numerical results show the effectiveness of the implementation. Comparison with in orbit results is presented to evaluate the performance of the control system during accurate Nadir pointing control.     

月球低重力模拟设备位姿测控系统优化设计

为巡视器地面行走验证试验专门研制了月球低重力模拟设备。在验证试验中需要对巡视器的位姿进行测量,针对这一需求,文章提出了基于双相机的非接触测量方案,同时研制了相应的位姿测控系统,对其硬件和软件进行了优化设计。利用该位姿测控系统开展了巡视器的位姿测量,有效解决了位姿测量和控制过程中的问题。经充分测试验证,系统满足巡视器地面行走验证试验的要求。     

先进制程芯片在轨飞行验证通用系统设计

中国空间站的建立为国产先进制程芯片提供了真实的在轨飞行验证条件。为实现不同种类、不同型号国产先进制程电子元器件在空间辐射环境中的验证,设计了一种通用的在轨飞行验证系统。系统采用“主控单元+试验单元”的平台架构,运用在轨可更换模块和可重构的系统设计,支持航天员定期在轨更换试验模块以完成验证任务的在轨升级。文中给出系统的硬件设计、软件数据管理机制以及在轨飞行验证结果。结果表明,该系统设计有效,成功完成了16 nm FinFET、28 nm亿门级FPGA、高速DAC等10类20余款国产先进制程芯片的在轨工作监测,可为国产先进制程芯片空间适用性研究提供参考。     

一种姿轨控发动机地面试验控制系统设计

控制系统在试车过程中发出指令信号,使发动机和试车台各工艺系统按照预定的程序完成规定试车任务。为了适应某型号姿轨控发动机试验对控制精度要求的提高,需要对现有控制系统进行改造,基于现场可编程门阵列和高速固态继电器设计了一种新的控制系统,其控制模块用于操作人员对试验系统上的各路电磁阀进行手动与自动控制,其复记模块可以实时记录系统状态以便于指挥人员了解系统工作状况,并能够进行数据分析判断。该系统建成后可以满足该型号姿轨控发动机试验的要求,控制精度为0.1 ms。     

热真空试验中产品控温方法研究及其效果验证

为降低真空环境下产品的控温风险,以热真空试验的控温系统为研究对象,分析串级PID温度控制原理,在串级PID控制算法基础上进行多分区及参数自整定,提出一种适用于大滞后性系统的产品控温方法。试验验证结果表明,应用此控温方法对某卫星功率放大器热真空试验进行控温,实现了较高的精度（达到±0.5 ℃）和较小的超调量（仅0.7 ℃）,升、降温速率≥1.5 ℃/mm。     

一种敏捷卫星高集成数传控制单元设计与验证

针对敏捷卫星高速数传分系统现状与需求,设计了一种新型高速数传控制单元。该数传控制单元功能密度比高,选用高可靠、长寿命、抗辐照宇航元器件,采用标准化结构设计,热设计和抗力学设计满足空间环境要求,支持CAN总线、RS422总线、RS485总线、秒脉冲等接口功能,具备时间管理、数传任务自主执行、系统重构、自主安全模式、批指令开关机和灵活支持在轨处理与传输业务等多项功能。可满足高可靠、集成化、小型化、抗辐照、长寿命等特点,支持多类型不等长带参数指令、目标单元开关机和数传分系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类遥测采集等功能,支持十六大类模式百余项分系统工作组合,完成了数传分系统任务执行由面向功能提升到面向应用,增强了数传系统易用性、自主性和可靠性,可广泛应用于后续高分辨率敏捷遥感卫星。     

霍尔电推进流量调节模块研制及在轨验证

流量调节模块是霍尔电推进系统的关键模块,用于精确控制霍尔推力器的推进剂流量.上海空间推进研究所在多年研究工作的基础上,针对国内首次霍尔电推进空间飞行任务,选用金属多孔材料作为节流器件,成功研制了小型化微流量控制器及具有主备份支路的流量调节模块.本文介绍了流量调节模块设计思路、研制过程中的重要试验和在轨飞行验证情况,并针对后续电推进发展需求,提出流量调节模块的后续发展思路.     

光学镜头性能测试用深低温降温系统设计及验证

单镜组件是遥感器的关键部件,在深低温真空环境下对其进行面形测试和稳定性测试,是获取测试数据和验证其结构设计正确性的必要手段。文章针对某单镜组件地面验证试验需求,建立真空环境下低温镜头深低温背景,采用GM制冷机机械降温技术,对温控系统进行设计、研制以及模拟试验,实现了产品在(60±1) K、(160±1) K、(200±1) K的控温指标以及60～300 K的控温区间。该降温系统为遥感器光学镜头在深低温环境下完成面形测试和稳定性测试提供了重要保障。     

复合加强型推进剂包装容器设计与验证

提出了一种适合肼类推进剂航空运输的复合加强型推进剂包装容器设计,包装容器采用多层复合结构,满足了高结构强度、轻量化、有效隔热、泄漏应急处理等要求。开展了跌落试验和火焰灼烧试验,结果表明,包装容器可用于少量液体推进剂的包装防护,可有效提高对泄漏、跌落、灼烧等危险因素的防护能力,提高了液体推进剂在贮存和运输过程中的安全性和可靠性,满足危险品航空运输安全要求。