火星车低气压无风热环境模拟试验技术

为模拟火星车工作时所处大温差、低气压环境,文章以自主研制的调温热沉系统和压力控制系统为依托,实现试验容器热沉系统温度在-135~27℃间任意快速调节,均匀性优于±5℃;试验容器内气体压力控制值与目标压力值之差在±10 Pa之内。在国内首次完成无风环境下的火星车温控模拟舱验证试验,为火星车热分析模型修正以及后续火星车有风热环境试验提供了参考。     

稳压CO2气体氛围火星环境模拟试验系统设计

火星表面低压和低温的大气条件意味着传统的热真空试验设备不能满足火星探测任务型号的地面模拟试验需求。为此,设计研制了以CO_2为气体氛围的火星环境模拟系统。采用气氮调温解决了罐体结露的问题,并采用移动压力控制系统保持在试验温度范围内CO_2气体状态和压力稳定。该系统已成功用于多个火星探测器型号部件产品的地面模拟试验,为火星探测任务开展提供了支持。     

火星表面大气环境下热球风速仪的对流换热模型及试验验证

火星表面大气环境与一般轨道航天器所处的空间环境存在差异。为了实现极端环境下热模型修正、早期故障筛除、性能测试等目的,一般需要在模拟的低气压有风环境下对火星巡视器进行热试验,试验涉及在1400 Pa左右压力的环境下对0～15 m/s风速进行模拟和测量。文章针对极低气压下的风速测量问题,使用无量纲数分析方法建立恒热流式热球风速传感器表面的换热模型,对其在低气压下的输出、自然对流影响等进行分析,并与低气压下的测试结果进行对比。试验结果显示,在1400 Pa低气压下,热球风速探头表面仍以强制对流换热为主,探头灵敏度约为10.1～0.2 mV/(m·s~(-1)),可以用于极低压力下的风速测量。     

用气氮调温系统实现火星表面昼夜温度模拟

为了实现修正火星探测器热模型,验证探测器在火星昼夜极端温度环境下的工作性能,需要在地面实现对火星温度变化的模拟。文章提出了通过气氮调温系统进行火星表面瞬态热环境模拟和温度控制的方法,目前已经实现150 Pa和1400 Pa低气压下-105～5℃的气体温度瞬态模拟,试验过程中与目标温度的最大温差不超过10℃,而且多个周期的重复性良好。     

火星探测器热环境模拟与试验技术探讨

为保证火星探测器的可靠运行,需要对其进行真空热试验和火星表面热环境模拟试验。文章通过对国外火星探测器热试验的调研,梳理出热试验所涉及的关键技术。并通过对行星际空间热环境和火星表面热环境特点的分析,结合国外相关热环境模拟设备的研制使用情况,探讨不同热环境的地面模拟方法,可为我国火星探测器热环境试验设备的研制及开展相关热试验提供技术参考。     

KM6气闸舱舱内环境控制技术

文章根据人-船-服试验对KM6气闸舱的要求,分析了舱内环境的几种积累效应,对气闸舱环境控制系统进行了设计,成功地解决了舱内环境控制中CO2置换、低压缺氧以及降压速率等问题,同时配备了气体成分实时监测设备,可以对舱内环境进行严格监测。     

模拟平流层环境的加载试验风洞测试与控制系统设计

根据模拟平流层环境加载试验风洞的设计要求,对其测试与控制系统进行了设计。通过搭建风洞控制子系统、数据采集子系统和安全与报警子系统,实现了对试验风洞中的设备开关、压力、温度和风速等的精确控制,同时具有系统运行各项参数的实时采集和记录、故障处理以及自动报警等功能。测试结果表明,系统的各项参数控制精度高,压力偏差小于0.2 kPa、温度波动小于1.5 ℃,模拟平流层环境加载试验风洞运行稳定、安全可靠。     

KM6水平舱环境控制系统

为满足中国载人航天的需求,研制了可进行人-船-服联合试验的大型空间环境模拟设备——KM6水平舱。文章介绍了该模拟设备的环境控制系统。它有两大功能:一是为舱内参试人员提供气体和应急救生用气;二是控制试验环境,包括对各种环境参数的控制,如控制舱内温度、湿度、压力、局部氧气压力,清除舱内气态污染物。在对水平舱减压时,不仅要注意每一项参数的控制稳定性,还要注意对所有参数的整体控制,因为这些参数是互相关联的。为了研究这些参数之间的关系,对该舱建立了数学模型,得出了不同边界条件下的最优控制方案。     

KM3、KM4氮气加热器及其控制系统的研制

分析了原 KM3、KM4气氮系统加热部分存在的问题,重新研制了氮气加热器及其控制系统,使 KM3、KM4空间模拟器热沉温度在试验中可调,并保证压缩机的正常运行。     

面向火星表面巡视探测的热惯量反演模型及试验验证

基于火星表面土壤温度的昼夜周期性变化特性,建立了一种面向火星表面巡视探测的热惯量反演模型,可根据表层不同深度的热电偶测温数据计算被测区域的热惯量,实现表面巡视探测过程中的热惯量在线反演。为验证模型正确性,在地面建立了火星表面热特性试验测试系统,通过对比被测模拟火星土壤的热惯量实际值与模型计算值,验证热惯量反演模型的精度。结果表明,与试验模拟火星土壤的热惯量数值相比,该模型对热惯量的反演误差小于6%,为在线反演火星表面不同土壤地形的热惯量,辅助识别地形可通过性提供了一种可行方法。     

行星自动探测器热工况制定的方法及其热真空试验

论述了 Lavochkin 科学制造公司完成的火星、月球、维加探测器热工况制定的基本方法,该公司是金星4-16号、火星2-7号、月球15-24号、登月车1-2号、维加1-2号及其它一些航天器的主要设计者。在模拟进入火星大气、金星大气云层和到达金星表面的环境时,为制定自动探测器热工况,需要考虑许多复杂的方式。     

高超声速气流非结构化网格DSMC算法研究

高超声速气动热力学环境的研究是直接涉及飞行器轨道控制、热防护设计的关键问题之一。文章通过研究稀薄气体热化学非平衡态中的热力学环境,采用非结构化DSMC程序对“火星探路者号”（Mars Pathfinder）探测器的Ballute减速装置在地球大气层和火星大气层中的高超声速飞行进行了数值模拟,计算得到了流场的温度分布、探测器壁面的热流密度分布,分析表明稀薄气体热化学非平衡态对飞行器流场有影响。将仿真结果与NASA兰利研究中心的计算结果作了比较,二者吻合很好。研究结果可用于飞行器热防护设计。     

萤火一号火星探测器长火影热控设计及试验验证

根据萤火一号(YH-1)火星探测器面临长期火星阴影环境特点,对探测器的长火影热控设计及深冷试验验证进行了研究.给出了YH-1火星探测器长火影热控自主控制流程,以及各阶段热控方案.改造现有真空环境模拟器,完成了我国第一个实现全包络20 K超低温背景模拟的探测器级真空热试验.长火影试验结果表明:YH-1火星探测器热控设计能满足度过长火影的温度要求,各单机能在出火影后成功唤醒正常工作.     

仿尺蠖型火星车设计与验证

针对传统被动悬架式火星车在火星复杂地形运动中可能存在的问题,设计了仿尺蠖型火星车,包括沉陷脱困设计、爬坡设计、防托底设计和抬轮设计;识别了仿尺蠖型火星车移动系统的关键参数,计算得到不同火星车抬升高度的关键参数值和一个尺蠖运动周期的位移值;计算结果表明仿尺蠖型火星车可以解决被动悬架式火星车的上述问题。对所设计的仿尺蠖型火星车开展了地面试验和飞行试验验证,地面试验验证了车轮沉陷脱困能力、越障能力和爬坡能力;作为仿尺蠖型火星车应用的实例,“祝融号”火星车成功经历了飞行试验,它在火星表面的顺利运行表明仿尺蠖型火星车设计措施有效。     

火星进入气体辐射加热研究进展

针对飞行器进入火星大气时气体辐射加热对防热设计带来不确定性，在简述火星探测和气体辐射研究的发展历程的基础上，对火星进入气体辐射加热研究的进展进行综述。首先，针对火星大气环境描述了气体辐射加热的概念和问题由来。其次，重点综述了近年来火星进入气体辐射加热基础模型的数值和试验研究进展，其中包括：热化学非平衡气体动力学、气体辐射特性和辐射传输的计算模型与方法等数值研究；地面测试设备、试验技术和模拟火星大气环境的气体辐射测量与验证等试验研究。再次，综述了流动辐射耦合和后体气体辐射加热等火星进入器设计方面开展的研究。最后，对未来火星进入气体辐射加热研究进行了展望，提出了研究建议。     

火星移动智能体技术探讨

在火星表面巡视探测任务中,环境的复杂性、火地之间遥远的距离和探测器的安全性要求,决定了火星车必须具有较强的自主能力,自主实现环境感知、路径规划、科学探测、故障诊断等功能。移动智能体技术的发展和应用,为上述功能的更好实现提供了可能。文章通过对火星车自主能力的发展历程进行调研,结合当前我国巡视器技术的发展状况,从任务规划、能源管理、热控管理、通信管理等方面对火星移动智能体技术的应用需求进行了分析,提出了一种采用三层递阶式体系结构的解决方案框架,可为火星乃至其他地外天体移动智能体的技术实现提供参考。     

基于PLC和WinCC的火箭发动机热真空试验控制系统

为了验证液体火箭发动机热防护和热管理措施的合理性和有效性,模拟飞行程序全过程,考核发动机及各组合件在热真空环境下的适应性能,需要搭建热真空试验平台。试验要求考核发动机五个关键部位的试验性能,各个部位的热流值是一个随着时间变化的参数。介绍了热真空试验平台控制系统模拟真空环境及温度环境的要求、技术途径和调试过程。控制系统采用PLC和WinCC组态软件,调节模拟装置的输出功率,达到需要的热流条件;采用真空泵抽真空方式使发动机的环境压力接近真空,各项指标符合试验要求。     

火星进入器高超声速气动力/热研究综述

针对火星探测任务进入阶段复杂且特殊的气动力/热环境,总结了国际火星探测进入任务的历史沿革、发展动向和关键气动问题,综述了火星进入器地面风洞试验、飞行任务和高超声速气动力/热数值模拟的研究进展,提出了国内后续研究的重点方向,包括复杂气动问题建模和精细化模拟、风洞及相关试验研究、气动设计相关问题等,为我国未来火星进入器设计提供技术支持。     

神舟飞船用热球风速传感器

对飞船用热球风速传感器的要求以及为实现这些要求所采取的各项研究内容作了简要的介绍，主要包括热球风速传感器工作原理、热球风速传感器设计、特殊标定设备的研制和标定方法的确定、飞船用风速传感器的各种地面环境试验和实际应用等。     

羽流导流综合验证试验技术

为了验证发动机羽流对航天器的综合力、热效应,验证发动机与羽流导流装置的相容性,考核羽流热防护材料性能及防护效果,开展了发动机燃气羽流导流综合验证试验工作。为了完成本次试验,对现有大型高空模拟试验台进行改造,新增试验件结构安装系统、位姿调整系统、温度控制系统,改造真空舱系统、真空抽气系统、测量系统、监控系统及推进剂加注系统等。采用机械真空泵与低温泵组合工作的方式获得试验所需真空环境,利用压电测力仪测量羽流扰动作用力,利用基于六自由度平台模式的位姿调整系统实现相对运动的模拟,试验系统经调试与试验验证满足各项技术要求。通过试验获得了试验验证器所受羽流扰动力数据以及试验验证器表面压力、温度及热流密度等参数分布数据,试验取得成功。