航天器浮动电位的初步分析

为了研究表面充电引起的浮动电位情况,我们采用等效电容的方法分析了近赤道低轨道高度条件下航天器的等效电容及充电时间问题,初步总结了浮动电位对航天器可能产生的影响。根据计算结果可以认为在低轨道等离子体环境中航天器会达到浮动电位的平衡状态。
     

不同磁暴条件下GEO卫星表面充电电位分布

文章利用1989-2004年间"Los Alamos"7 颗地球同步轨道卫星的数据对不同磁暴条件下处于地球同步轨道高度等离子体片区域的卫星表面充电电位和热电子(0.03~45 keV)温度随地方时的分布及随磁暴发生时间的变化规律进行统计分析.根据对磁层顶电流修正后的Dst指数(Dst*)将磁暴分成弱磁暴、强磁暴以及超大磁暴.在随地方时的分布上,弱磁暴时卫星最可能在午夜后侧负向强充电(＞800 V);随着磁暴强度的增加,在超大磁暴情况下该区域会沿东西方向扩展到夜晚21时到凌晨4时的区域.在随磁暴发生时间的分布上,弱磁暴下卫星表面充电到高负电位主要发生在Dst*最低点前3 h和后2 h的时刻,强磁暴下主要发生在Dst*最低点时刻,而超大磁暴下主要发生在恢复相,持续时间达十几个小时.表面电位的分布规律和热电子温度的分布规律表现一致:卫星表面负电位超过100 V的区域主要集中在热电子温度大于2 keV的区域,而表面负电位最可能超过800 V的区域主要集中在热电子温度大于2.5 keV的区域.通过统计分析看出,对于那些极可能发生高负电位充电(＞8 kV)情况下的卫星表面电位分布与磁暴的强弱并无明显的相关性,但发现在弱磁暴情况下明显集中在正午前侧区域.     

MOS电容型微小空间碎片探测器探头研究

MOS电容传感器具有结构简单、可靠、功耗小等优点,在国外已被成功用于微小空间碎片在轨探测,但国内开展的相关研究还较少。文章在对MOS电容传感器探测微小空间碎片原理及过程进行分析的基础上,基于ADS软件建立了传感器电路模型,确定了影响传感器探测性能的关键参数,完成了传感器的设计及研制,进而研制了阵列式探头。最后对阵列式探头成功开展了地面高速微粒撞击试验,探头在经过了数十次高速微粒撞击后,仍能对高速撞击事件进行测量,初步验证了使用该探头开展在轨微小空间碎片探测是可行的。     

航天器表面电位的主动控制

一、航天器表面电位的成因及其影响 1.航天器表面电位的成因 所谓航天器充电,是指在空间飞行的航天器由于荷电粒子在其上的累积,形成与周围环境的不同电位这样一种现象.航天器充电有两种类型,即表面充电和内部介质充电(也称体积充电或深层次充电),其来源及消除方法是不同的.这里我们只讨论表面充电问题.     

音叉振动电容式表面电位测量装置设计

文章针对振动电容式表面电位测量传感器核心组件——振动音叉进行详细设计,分析得出适用于电位检测的音叉振动形式,确定出音叉结构参数及驱动方式;进行基于传递函数的传感器灵敏度及精度影响因素分析;提出基于电荷感应与静电场仿真的电位测量装置设计方法,得到的传感器灵敏度与理论计算结果一致,并最终通过样机标定实验验证了传感器设计的正确性。     

航天器表面电荷激发空间静电场规律研究

从带电表面微元出发,通过求解泊松方程,得到带电介质平板表面邻近空间静电势的解析表达式,建立介质表面电位-介电常数模型,求得了带电介质平板表面电位、表面带电量和介质介电常数三者之间的关系式。结合典型的航天器表面介质材料带电案例,对此类圆盘结构介质平板带电问题进行了仿真分析,结果表明,在介质材料表面电位一定的情况下,表面电荷激发的空间静电势值随距离的增大而减小,并且距离介质表面越近,电势的空间变化率越大;在介质材料带电量相等的情况下,介质表面电位随着介质介电常数的增大而减小,并逐渐趋于一个稳定值,所以在一定范围内选择介电常数较大的介质材料可以降低介质的表面电位,减小介质间发生静电放电的几率。     

宇航用瓷介电容表面处理工艺优化研究与实践

系统研究了宇航用瓷介电容表面处理工艺存在的问题,分析了工艺影响因素及机理,并由此开展了工艺优化路线研究,从四个方面进行了优化实践,实现了宇航工艺控制目标。对今后开展宇航产品工艺优化研究及过程控制体系完善,具有参考意义。     

脉冲等离子体源控制航天器表面充电电位的研究

在空间环境运行的航天器存在表面充电现象,而航天器表面充电引发的静电放电是导致航天器异常及故障的重要原因之一。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施。文章介绍了用脉冲等离子体源进行航天器表面充电电位主动控制的研究。通过模拟实验和实验数据分析,证实了用脉冲等离子体源能有效地控制航天器表面充...     

航天器表面充电仿真计算和电位主动控制技术

文章运用等效电路理论推导出随时间变化充电问题的微分方程组,用FORTRAN语言开发了相应的计算机模拟程序,针对强地磁亚暴空间环境分析了地球同步轨道航天器在阴影区和光照区的充电水平。最后计算讨论了采用空心阴极等离子体接触器向航天器外发射电子束作为控制航天器充电水平手段的作用效果。     

国外星体表面巡视探测器地面试验方法分析

对国外星体表面巡视探测器的典型地面试验进行了系统阐述和分析,总结了星体表面巡视探测器地面试验的特点和规律,可以为我国星体表面巡视探测器地面试验的开展提供借鉴。     

深空探测器表面采样技术适应性研究

对探测器硬件表面的生物负载进行有效评估,是深空探测任务中行星保护的重要环节。文章对比了两种植绒拭子在不同材料表面对不同产芽孢菌的采集效率。结果显示,国产CY-93050T植绒拭子的采集效率高于ESA常用的Copan 552C植绒拭子,两者的平均采集效率分别为45.38%±13.46%和29.43%±8.2%;材料表面物理性质对采集效率有明显影响,两种拭子对表面光滑的铝合金5A06材料的采集效率高于对阻燃混纺斜纹布的采集效率;两种拭子对不同产芽孢菌的采集效率也存在差异。研究结果可为我国开展深空探测器硬件表面微生物检测提供数据和技术支持。     

Structured methods for identifying and correcting potential human errors in space operations

Human performance plays a significant role in the development and operation of any complex system, and human errors are significant contributors to degraded performance, incidents, and accidents for technologies as diverse as medical systems, commercial aircraft, offshore oil platforms, nuclear power plants, and space systems. To date, serious accidents attributed to human error have fortunately been rare in space operations. However, as flight rates go up and the duration of space missions increases, the accident rate could increase unless proactive action is taken to identity and correct potential human errors in space operations. The Idaho National Engineering and Environmental Laboratory (INEEL) has developed and applied structured methods of human error analysis to identify potential human errors, assess their effects on system performance, and develop strategies to prevent the errors or mitigate their consequences. These methods are being applied in NASA-sponsored programs to the domain of commercial aviation, focusing on airplane maintenance and air traffic management. The application of human error analysis to space operations could contribute to minimize the risks associated with human error in the design and operation of future space systems.     

空间粉尘探测器研究进展

文章在系统地总结空间粉尘（微小空间碎片和微流星体）探测技术的基础上,重点分析了压电型探测器、半导体型探测器、电离型探测器、组合式探测器等的工作原理、技术特点及其应用,同时简要评述了空间粉尘探测技术的发展趋势。     

空间粒子辐射监测器用模拟信号源的实现

空间粒子辐射监测器需要有模拟信号源在其生产和测试、试验阶段对其进行电性能检测,并随其辗转于各测试场地。使用进口模拟信号源存在操作复杂、设备笨重及只有单路输出等问题,因此需要设计一种专用模拟信号源。根据空间粒子辐射监测器的要求自行研制的模拟信号源有多路模拟信号输出,且各路信号幅度可独立调节,并采用内部电源供电。经过测试验证,该模拟信号源可作为空间粒子辐射监测器的配套设备使用,性能优于原进口模拟信号源,其电路设计亦可为相关设备提供参考。     

The multicriteria approach for cost and specification optimization in space operations

The multicriteria approach, by its formalised and operational character, is a methodology well adapted to take into account simultaneously costs and other criteria (time scales, political criteria) from the beginning of the design phase.     

伪谱法在飞行器轨迹优化中应用分析

伪谱法作为一种在飞行器轨迹优化领域广泛应用的方法,国内外缺乏对其进行综合研究分析的相关文献。介绍了伪谱法在飞行器轨迹优化领域的发展现状,详细分析了已应用于飞行器轨迹优化的4种伪谱法的特点和应用情况,总结了这4种方法优缺点:Legendre伪谱法研究较早、应用最为广泛,Gauss伪谱法和Radau伪谱法精度较高,而Chebyshev伪谱法理论上精度高但研究刚起步。伪谱法具有全局特性,计算精度高,收敛快,但也存在缺乏收敛解判定准则、难以处理非光滑问题等不足。介绍了伪谱法在处理bang-bang控制问题时所遇到的困难,对伪谱法的改进工作做出总结:改进算法,研究与其他算法相结合的优化方法。总体而言,伪谱法在轨迹优化问题上的应用前景很广。     

Dynamic modeling and optimization for space logistics using time-expanded networks

This research develops a dynamic logistics network formulation for lifecycle optimization of mission sequences as a system-level integrated method to find an optimal combination of technologies to be used at each stage of the campaign. This formulation can find the optimal transportation architecture considering its technology trades over time. The proposed methodologies are inspired by the ground logistics analysis techniques based on linear programming network optimization. Particularly, the time-expanded network and its extension are developed for dynamic space logistics network optimization trading the quality of the solution with the computational load. In this paper, the methodologies are applied to a human Mars exploration architecture design problem. The results reveal multiple dynamic system-level trades over time and give recommendation of the optimal strategy for the human Mars exploration architecture. The considered trades include those between In-Situ Resource Utilization (ISRU) and propulsion technologies as well as the orbit and depot location selections over time. This research serves as a precursor for eventual permanent settlement and colonization of other planets by humans and us becoming a multi-planet species.     

空间表面张力贮箱结构分析与优化设计

把有限元分析技术应用到贮箱结构分析和优化设计.针对某空间表面张力贮箱,建立其有限元模型,对该模型进行非线性结构分析.根据分析结果对贮箱的壁厚及法兰进行结构优化设计与分析,通过对分析结果的对比选择,得到一个受力较好,重量较小,同时满足安全余量设计要求的贮箱优化模型.     

空间相机地面装调重力卸载仿真优化方法

空间相机在地面装调过程中需要对光机结构进行重力卸载。空间相机常具有尺寸大、刚度低的特点,使得对其进行重力卸载仿真优化异常复杂。文章提出基于贪心算法结合天牛须搜索的重力卸载仿真优化方法。该方法提取系统的可行卸载点集,每次从可行卸载点集中提取1个或1组最优卸载点;以此类推,逐渐增加卸载点数,直至满足测试要求。其中,每组卸载点系的最优卸载力利用天牛须搜索法进行计算,继而可获得系统的最佳卸载策略。利用该仿真优化方法,可以智能化地进行系统全局迭代仿真分析计算,不易收敛于局部最优解,能够高效、快速地获得系统最佳卸载点系和最优卸载力。