星载大口径反射器组件双向调节低应力装配胶接技术

大口径高精度反射器天线是夺取制信息权和制天权卫星的核心单机,其性能直接影响到数据反演的精度和准确度.大口径高精度反射器的性能核心指标在于反射面成型精度及反射面型面精度稳定性两方面,目前大口径高精度反射器研制的精度指标仍存在不稳定问题.文章提出了一种型口径大于1.5 m的星载大口径高精度反射器的低应力胶接装配技术.通过设计一种双向自由调节装置,保证反射器本体型面自由支撑状态下,通过调节背部接口,完成组件装配,最大限度降低反射器本体型面受力,降低反射器组件装配过程受力对型面精度的影响,确保反射器成型型面的高精度成型,实现反射器组件的低应力胶接装配.最终产品型面精度相较于本体精度,仅降低了不到0.012 mm r.m.s,相较于传统大口径高精度反射器胶接装配型面精度损失达0.03 mm r.m.s以上,该技术方法对高精度反射器成型具有显著提高.     

碳纤维三向织物复合材料研究现状与未来展望

以往的卫星天线,或者是高精度但小口径,或者是大口径但低精度;现在对二者兼有（既要大口径,同时还要高精度）的需求越来越普遍。传统的大口径天线多采用网状可展开形式,这种形式的天线在实现高精度方面往往会遇到一系列的问题,尤其在材料选择、结构设计、热控设计、制造调试时间、费用等方面,需要付出很高代价。利用具有面内各向同性性能的碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料,与合适的基体材料（例如硅橡胶）复合,制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器,是一种新型高精度可展开天线的实现方案。文章对TWF的结构特性及其在卫星天线上的应用,以及其力学性能的分析与测试等进行了综述;对三向织物复合材料的力学性能分析和在大型可展开反射器上的应用,做出了未来展望。     

激光刻蚀技术及其在航天器天线制造中的应用

以可实现频率复用、高灵敏度和低噪声的航天器先进固面天线反射器(极化和频率敏感反射器等)为例,主要介绍了利用镀膜/激光刻蚀技术进行反射器表面高精度金属薄膜图形制作过程中的关键技术问题和解决措施,同时简要介绍了已尝试过的三维曲面高精度薄膜图形制作技术和激光刻蚀技术的现状和发展方向。     

硬X射线调制望远镜卫星望远镜主支撑结构设计与验证

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星望远镜的主支撑结构,包括高精度上板、高强度支撑筒、可调节的支撑杆、高刚度中板及轻量化下板,可承载高能、中能和低能望远镜,具有质量小、精度高、精度稳定性好、散热好等特点。地面环境模拟试验和在轨验证结果表明:主支撑结构能够保证高能、中能和低能望远镜的指向一致,指向精度满足科学目标要求,从而证明了设计的合理性。     

用碳纤维复合材料制造轻型空间光学镜面

用碳纤维复合材料可以制造轻型空间光学镜面结构 ,如哈勃类空间望远镜的镜面或高带宽广播通信卫星的天线反射器等。文章根据国外几十年成型工艺的经验 ,概要介绍了空间光学镜面的要求 ,阐明了利用碳纤维复合材料通过选材设计、工艺技术控制等来满足这些要求。     

高精度多波束反射器温度敏感性分析及热控改进

为了满足高精度多波束反射器较高的热变形要求,需要采取有效热控措施减小反射器温度波动。通过数学分析与有限元仿真,对影响反射器在轨温度场的因素进行分析,包括天线表面太阳光吸收率、半球发射率、太阳屏透过率、卫星平台反照等。并据此对中星十六号卫星多波束反射器在轨温度场进行修正,得到了与在轨遥测温度吻合度较高的温度分析值,验证了分析的准确性。最后提出了4项高精度多波束反射器热控改进措施。     

用碳纤维复合材料制造轻型空间光学镜面

用碳纤维复合材料可以制造轻型空间光学镜面结构，如哈勃类空间望远镜的镜面或高带宽广播通信卫星的天线反射器等。文章根据国外几十年成型工艺的经验，概要介绍了空间光学镜面的要求，阐明了利用碳纤维复合材料通过选材设计、工艺技术控制等来满足这些要求。     

星载激光雷达高精高稳探测卫星系统保证技术

激光雷达探测精度高,具备全天时工作和垂直探测能力,在大气环境天基遥感领域应用广泛。基于CO_2柱线浓度激光遥感探测原理,分析了积分路径差分吸收星载激光雷达测量系统的激光波长、能量精度和稳定性及光轴指向精度等关键指标要求和功能模块配置,重点开展了星载激光雷达光机头部稳定安装、良好机热环境保障及星敏载荷一体化布局等整星层面系统设计保证,仿真结果初步表明设计方案可行。同时,提出了激光雷达波长、能量精度及稳定性实时监测、卫星对地光轴指向高精度测定和星地载荷光轴指向测量误差标定的地面试验验证要求,以确保系统设计的有效性,为激光雷达遥感卫星的研制提供了技术参考。     

高性能TWF复合材料力学性能研究

为满足星载可展开天线反射器实现大口径、高精度、轻质量、大收纳比的目标,利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器。本文对硅橡胶基TWF 复合材料进行了力学性能的研究。对TWF 选取合适的体积重复单元-单胞,建立其实体有限元模型;进行了两次等效,首先由纤维和基体的材料特性得到等效纤维束的材料特性参数;然后由单胞的均匀化有限元分析,得到等效的整个TWF 复合材料特性参数,其中均匀化分析的重点为施加周期性边界条件。最后,分析了纤维体积含量对材料性能的影响。本文对该材料进行力学性能的研究,为其未来应用于大型可展开高精度天线反射器提供理论依据。     

一种兼具卫星舱板功能的相机承力板设计

安装承力板对于保证相机结构稳定性、技术指标以及承受运输到发射阶段的各种力学环境具有重要作用。随着整星轻量化要求的提高,之前常用的单面承载构型已无法满足目前对承力板多功能化的迫切需求。文章针对某型号光学相机任务需要,通过优化整体成型的碳纤维加强框架布局,设计了一种兼具卫星舱板功能的双面承载相机承力板,提高整星的功能密度,降低整星质量和体积。该承力板在保证轻量化的前提下满足大长宽比(4∶1)和较高的稳定性要求,不仅可以支撑多台相机,还可以作为卫星的舱板承载卫星设备。有限元仿真和试验验证结果表明,承力板结构频率100Hz,位置关系稳定性优于2′,质量比传统承力板减小50%,可以满足相机和卫星的要求。     

激光增材制造技术在航天构件整体化轻量化制造中的应用现状与展望

激光增材制造技术具有制造精度高、表面质量好以及能够实现悬空、复杂内腔和型面等复杂构件的整体制造等特点,是满足航天领域中复杂薄壁精密构件高精度、高性能制造的理想制造方法。并且,激光增材制造技术对于结构设计的约束较小,可以实现质量分配更为合理的结构设计。同时,激光增材制造技术可以将多个部件焊接/铆接组成零件进行整体制造,大幅减少零件中部件数量。采用激光增材制造工艺可以有效地实现航天构件的整体化、轻量化制造。本文针对国外激光增材制造技术在航天领域中整体化、轻量化制造的应用现状和技术发展的现状进行了分析与展望。     

嫦娥五号轻量化高精度上升器结构设计

针对嫦娥五号上升器结构面临的轻量化设计要求严苛、有效载荷接口精度要求极高和有效载荷指向变化预示精度要求很高的难题,提出至顶向下的结构轻量化设计方法,使得上升器结构自重降低到整器重量的6.2%(47.758 kg);建立压紧和精度保持功能分离、双坐标系分级实现高精度的结构设计方法,实现相关有效载荷的结构安装接口精度达到400 mm×400 mm区域平面度小于或者等于0.05 mm;探索出综合了有效载荷自身和安装结构耦合效应的有效载荷在轨指向变化预示方法,实现准确、高效、快速地对有效载荷指向变化进行角秒级高精度评估。这些方法支持完成中国月面无人自动采样返回任务,并最终促进中国航天器结构技术的发展。     

航天器交会对接中测量靶标的两种设计方法

根据旋转、平移和缩放不变性、易于探测与高精度定位等原则设计出了两种用于航天器交会对接视觉测量的编码靶标。一种为圆形编码靶标,使用二进制相对编码的方法对靶标进行编码和解码。另一种为圆环形编码靶标,是一种具有坐标系的绝对编码,通过模版匹配实现解码。在不同条件下进行了实验,两种编码靶标都能被准确地识别。实验结果证明两种靶标具有很好的抗干扰性和稳定性,能够适应交会对接视觉测量的要求。     

复合材料桁架式机架设计方案

为进一步降低某上面级发动机机架结构质量,对其高强度钢的桁架式机架开展了以复合材料替代金属的设计方案研究。通过对原金属桁架式机架力学设计特性分析,在保持原结构对接参数及外形尺寸不变的情况下,提出了一种碳纤维/环氧树脂复合材料机架的设计方案,并重点对杆件结构进行详细设计及影响参数分析。首先,采用基于Matlab软件的遗传算法优化工具箱对杆件截面尺寸及纤维缠绕角度优化,然后对接头结构进行设计,并组装成复合材料整体机架,对强度、刚度及稳定性等参数分析及校核。研究结果表明:新设计复合材料机架在满足原机架基本设计要求基础上,相对于原机架实现了40%以上的减重。研究方法可为复合材料桁架结构设计研究提供借鉴。     

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。     

碳纤维复合材料壳体轴压稳定性分析与试验验证

针对碳纤维复合材料壳体轴压稳定性问题,提出了理论推导、数值模拟和试验验证相结合工程计算方法,获得了铺层相关参数对轴压稳定性的影响规律。基于层合板理论,计算了碳纤维复合材料壳体的等效弹性常数;以150 mm碳纤维复合材料圆筒为研究对象,通过壳体破坏性轴压试验,验证了理论计算和有限元数值模拟的正确性;计算了碳纤维缠绕角及增加0°铺层对复合材料弹性常数的影响规律。研究结果表明,通过引入修正系数k=0.4,理论计算结果与实际轴压破坏载荷较为接近;通过增加0°铺层数,能够大幅度地提高壳体刚度,且对刚度提升的贡献远大于所引起的重量增加。复合材料刚度是决定壳体临界轴压载荷的关键因素,固体发动机设计过程中增加材料刚度可有效提升其轴压稳定性。     

典型园口径双反射器偏置天线的设计程序

本文提出了电气性能最佳的园口矩双反射器偏置天线的几何光学设计程序。我们推导出了若干个方程，在这些方程中，把天线的主、副反射器的尺寸及其它们之间的间距以及喇叭天线所要求的角度用作设计程序的输入变量。从总系统的要求出发，设计程序连同这些方程得到了一种最佳的设计方案。这种设计程序通过设计偏置卡塞格伦天线及偏置格里哥里天线加以验证。并通过采用物理光学表面电流积分的方法为分析主、副反射面上的辐射方向图而得到     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

航空航天结构轻量化设计与实验方法研究进展

综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法，聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结；针对薄壁结构，分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向；针对连接结构，总结了传力路径与区域应力调控两大类设计方法。此外，就轻量化结构的高精度实验方法与数字孪生模型等共性关键问题进行梳理，并展望了未来航空航天结构轻量化设计方法发展前景，为未来研究工作和装备研发提供参考。     

多光谱相机高稳定性光机结构设计技术

文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。