金星大气环境模拟设备及试验技术综述

金星作为地球的姊妹星，具有极大的科学探索价值。鉴于金星环境的复杂性，了解金星内部只能通过着陆探测与漂浮探测方式进行，而金星大气环境模拟试验是未来开展金星着陆、漂浮探测器研制的基础。文章首先梳理出金星近表面环境模拟的关键技术，包括微量气体的精确测量与控制，高温、高压环境下的气体温度及压力控制与测量；之后综述了国内外金星大气环境模拟系统的研究现状，着重介绍了国外进行的金星大气环境模拟试验；继而在分析金星探测任务对环境模拟具体要求的基础上，对我国开展金星大气环境模拟试验研究提出建议。     

基于木星大气环境的降落伞系统气动特性研究

木星探测是未来行星探测的重要发展方向,而降落伞是进入木星大气探测必不可少的气动减速装置。文章基于“伽利略号”探测任务,设计了满足未来木星探测需求的降落伞系统简化模型,并针对该降落伞系统进行了数值模拟,研究了木星大气和地球风洞实验环境中不同来流马赫数下降落伞系统的复杂流动现象及气动力变化规律。在木星大气环境中,降落伞的阻力系数和横向力系数大小以及横向力系数波动幅度均高于风洞试验环境,阻力系数波动幅度均低于风洞实验环境。此外,还研究了木星大气环境中不同来流攻角下降落伞系统的气动特性。研究表明,木星大气环境中降落伞系统气动特性与风洞实验结果有差异,因此未来在设计用于木星探测的降落伞系统时,应考虑由于木星大气环境对降落伞系统气动特性的影响。     

国际空间站哥伦布舱系统级环境控制系统试验

介绍了国际空间站哥伦布舱的系统级环境控制系统试验。该试验既没有使用大型真空设备也没有使用太阳模拟器或红外灯等外热流模拟设施,而是直接在总装大厅的大气环境下实施。试验工况包括发射、正常和故障运行等模式。试验有效验证了哥伦布舱集成全局热数学模型,以及主动热控系统和环境控制与生命保障系统的接口关系。     

模拟火星大气环境对典型柔性结构热防护特性的影响

随着深空探测任务的逐步开展,火星被视为最重要的载人探测目的地之一,而火星大气环境给柔性结构的热防护带来挑战。文章以舱外航天服手套为柔性热防护结构的研究对象,通过建模实现了舱外手套在火星大气环境冷工况下漏热功率的分析,并开展了模拟火星大气环境下舱外手套的热防护试验研究。结果表明:相比于近地轨道应用,现有舱外手套的热防护能力在火星大气环境中将显著降低,在冷工况下手套的漏热功率超过10 W,且局部热防护不足。在此研究基础上,文章对分析模型的完善、试验方法的拓展以及柔性热防护结构的改进等进行了展望。     

星系列发动机部件的空间老化研究

在NASA的长期暴露设施(LDEF)首次试验中,使用了星系发动机的材料和部件。试件经过5年又9个月的空间环境暴露后,和大气环境老化试件相比,质量略有损失,粘接强度稍有降低,推进剂正常硬化,喷管材料性能无变化.空间老化和地面真空老化研究的结果相类似,表明地面真空老化实验可提供发动机空间暴露能力评估的信息。LDEF实验获得的老化结果和星系发动机在196天金星飞行任务和15个月Magellan飞行任务中的结果表明,该发动机具有优越的空间暴露能力.     

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。     

固体材料的空间环境摩擦试验

为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究,利用自行研制的空间环境摩擦试验装置,进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照（原子氧、紫外）等环境下的摩擦试验。试验结果表明:与大气环境下相比,PTFE、PI、MoS₂/PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×10-4 Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化;高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响,而对溅射MoS₂薄膜的摩擦系数影响不明显;原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton、PTFE和MoS2/PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。     

图片解读

这张照片是在大气环境下对卫星天线变形测量系统的调试。问题的起因还得从预研课题《真空低温环境下卫星天线变形测量技术》说起。该课题是由北京卫星环境工程研究所承担,它主要为了     

真空低温环境下的辐照度标准装置研制

文章介绍了真空低温环境下辐照度标准装置的研制情况,包括装置的工作原理、组成及达到的技术指标,分析了装置的不确定度,给出了装置的应用结果,对一台绝对辐射计在真空低温环境下和大气环境下校准的修正系数和灵敏度进行了比较。     

中性大气环境效应模拟试验技术现状及发展方向

文章首先对空间中性大气环境进行分析，阐述了大气阻力、氧化剥蚀、污染及辉光效应。然后对中性大气环境效应模拟试验技术现状进行梳理介绍，包括大气阻力试验技术、氧化剥蚀效应试验技术、污染效应试验技术、辉光效应试验技术等。最后结合未来型号和深空探测任务需求，对空间中性大气环境效应模拟试验技术发展方向进行了探讨。     

空间环境对航天器的影响及其对策研究

在扼要介绍近地空间环境的基础上，简述了高层大气、高能带电粒子，空间等离子体、空间碎片和微流星等空间环境对航天器轨道，姿态的影响，以及航天器辐射损伤，机械损伤，化学损伤，表面充放电，电子器件硬软错误，通信和测控的干扰等诸多空间环境效应，还简要介绍了我国空间环境探测的主要成果以及空间环境对航天器影响的对策研究的情况。     

临近空间飞艇运行环境及其影响

叙述了运行在20km以上临近空间的飞艇要经历的对流层和平流层的环境特点,对压力、密度、温度、太阳辐射、臭氧、水蒸气、高能粒子及大气污染物这些大气环境进行了分析,并提出了环境控制需要注意的几个问题,为临近空间飞艇的设计提供了参考。     

行星际空间环境对探测器可靠性影响分析

空间环境是影响航天器可靠性的重要因素。与地球轨道航天器相比,行星际探测任务可能会遭受更加恶劣的空间环境,例如极端温度环境,辐射环境,腐蚀性大气环境、宇宙尘等,再加上行星际任务寿命长,采用先进的器件和材料,空间环境对行星际探测器的可靠性构成严重的威胁,直接关系到探测目标能否实现。因此考虑空间环境对行星际探测器的影响,开展相关的预先研究无论是对于制定行星际空间探测计划,还是搭载仪器的设计都具有非常重要的意义。文章分析了极端温度、辐射环境和行星表面综合环境对探测器的影响,并对开展相关研究提出了建议。     

太阳系行星及行星际大气环境特性研究

研究了行星及行星际大气环境特性。为了克服用玻耳兹曼公式（BF）计算行星大气总分子数时出现的发散困难，在玻耳兹曼公式中引入新的归一化函数g（r），得到了新的行星大气分布律公式（RBF），探讨了归一化函数的物理意义。和Jeans的理论进行了比较。用RBF计算了太阳系中木星、土星、天王星、海王星和土卫六的大气密度随高度的分布。这些结果对于开展行星探测工作有一定的指导意义。     

固体发动机钢制件在海洋环境下的防腐研究

对局部表面等离子喷涂氧化锆的固体火箭发动机钢质金属件在海洋环境（高热、高湿、含盐雾）的防腐方法进行了研究。筛选了喷管扩张段的防腐材料及工艺，进行了模拟海洋环境条件下的试验比较及热试车考核，推荐了一种实用、简便而有效的防腐方法，即在氧化锆喷涂层表面涂覆８２３涂料作为封闭剂，其余表面镀镉。     

火星探测器减速着陆技术分析

火星的大气环境和地球差异较大,存在着许多未知的因素,火星探测的减速着陆同样充满了风险和挑战。文章通过对美国火星探测减速着陆的重点技术进行分析,并归纳总结了火星探测器减速着陆技术的发展趋势。     

Spectrophotometric diagnostics of energy characteristics and conductance of the auroral ionosphere from satellite: 1. Specific methods,accuracy problems,and instrumentation requirements

One of the most important tasks of space research is to find a way of real-time monitoring of the space environment conditions around the Earth. This is necessary in order to provide warning about the threats of critical failures in ground-based and space technological systems, thus providing for their stable and secure operation. In view of this concern, methods of diagnostics of ionospheric energy and electrodynamic characteristics continue to be developed on the basis of spectral and photometric measurements, analyzing the glow intensity of emissions of the upper atmosphere observed from above. Serial panoramic monochromatic maps of the intensity of luminosity of the upper atmosphere emissions measured from orbiting detectors can serve as a main data source for such an analysis. In this paper we consider the principal aspects of the method, and, on this basis, the instrumentation requirements are formulated.     

一种提高空间实验室定轨精度的方法

以近地航天器轨道动力学为基础,建立变阻力系数大气摄动模型,设计了求解变阻力系数的算法。然后利用天宫一号飞行器的测轨数据进行计算,分析了空间实验室飞行高度的轨道特性,其中包括：大气模式密度误差、变阻力系数与空间环境关系、定轨残差和星历误差。在空间环境平静和磁暴的条件下,制定了多种求解变阻力系数的策略,解决了空间实验室长弧段定轨精度受限的问题,并在空间环境平静条件下实现了优于10米的定轨精度,在磁暴条件下实现了优于20米的定轨精度。