“天问一号”探测器舱体抛离试验系统设计与验证

火星探测器防热大底和背罩的高速抛离是进入、下降、着陆过程中的关键环节之一,需在地面开展有效的试验验证。文章针对抛防热大底、抛背罩地面试验中高速度、高加速度跟随和空间力、力矩耦合施加问题,提出了采用电机驱动的主动式分离方案和空间力、力矩的耦合控制方法,设计了试验系统并建立了动力学模型,分别开展了仿真和试验验证。试验结果表明,大底和背罩分离过程中的受力状态得到准确施加,且与仿真结果基本吻合,验证了分离方案的可行性。该试验方法有效验证了火星探测器大底和背罩抛离过程的机械安全性,也为其他航天器的分离试验提供了有益参考。     

天问一号着陆器EDL过程建模与仿真

针对天问一号着陆器的进入、下降与着陆(EDL)过程,考虑伞降动态特性,建立包含大底与背罩分离过程的EDL全过程高保真仿真模型.对着陆器跨越高超声速到亚声速的飞行过程,特别是伞降过程中降落伞、着陆器、大底、背罩的相互作用进行建模,建立了着陆器六自由度刚体动力学模型、降落伞-着陆器(背罩)组合体模型、大底(背罩)-着陆器组...     

火星探测器分离试验方法研究

火星探测器分离试验是火星探测器在总装测试阶段的重要试验项目之一,需要设计专门的试验系统模拟分离时的低重力环境。文章针对着陆器与环绕器分离工况中的瞬时失重问题和着陆器背罩分离工况中的非平衡系统缓冲吸能问题,提出基于拉伸弹簧组件和配重分离的解决方案,并使用模拟件进行试验,验证了所提出方法的有效性。     

火星着陆关键环节多学科交叉设计与验证

针对火星着陆任务在飞行环境、地面验证、系统间关联性等方面面临的技术挑战,根据火星着陆关键环节涉及的气动减速、降落伞减速、动力下降和着陆缓冲四个主要阶段,分别分析了大气进入方式、进入初始条件、气动外形、防热、开伞控制、大底弹射、背罩规避机动与触火关机等关键要素,并介绍了天问一号与其他典型火星着陆任务开展的多学科交叉设计过...     

基于器间测量的火星进入过程实时高精度导航

精确着陆于火星特定目标区域是未来火星着陆探测的关键技术。面向火星精确着陆需求,研究火星进入过程中基于器间测量的实时高精度导航方法具有重要意义。该方法利用火星已有的环绕探测器,在着陆器接近进入过程中,通过无线电链路获得量测信息,结合器上滤波算法实时估计着陆器的位置与速度状态。仿真结果显示该导航方法可有效提高进入过程中的导航精度。     

天问一号着陆器大底分离触发条件设计方法

针对天问一号着陆器防热大底分离触发条件确定问题,利用数学仿真的方法分析气动特性、防热大底相对着陆器姿态运动等因素对分离安全性的影响,给出可安全分离的触发条件.不同分离触发马赫数的仿真结果表明,较大分离马赫数的碰撞风险较高,但防热大底长期运动趋势由弹道系数决定,相比着陆器下降更快.根据伞降过程着陆器姿态运动及伞绳力特点,...     

欧俄探测器抵达火星,着陆器坠毁

正欧空局和俄罗斯"外空火星"2016项目下的"微量气体轨道器"(TGO)和"斯基亚帕雷利"着陆器10月19日抵达火星,其中前者成功进入一条绕火星运行的大椭圆初始轨道,而后者则坠毁在火星表面上。"微量气体轨道器"的主发动机点火工作了139分钟,使轨道器成功地被火星引力俘获。"斯基亚帕雷利"着陆器于格林尼治时间14时42分(北京时间22时42分)开始进入火星大气层,但来自着陆器的信号却在预定着陆时间将至之时中断。欧空局任务运行部门主管费     

“火星科学实验室”的EDL试验验证技术及启示

介绍了美国"火星科学实验室"(Mars Science Laboratory,MSL)的进入、下降与着陆(Entry,Descent and Landing,EDL)技术验证体系。该体系可分为EDL飞行动力学、EDL飞行系统和EDL子系统3部分,主要基于仿真建立,同时利用海盗号(Viking)探测器时期的试验数据。针对火星EDL技术的验证,分析了我国已掌握的EDL地面试验技术。通过对比结果表明,我国虽然在气动减速、伞减速、动力下降和着陆技术的试验验证均有良好的技术基础,但仍面临有伞充气过程环境恶劣且复杂、减速下降动作多、大底和背罩分离过程内外环境耦合等新问题。最后针对现有技术所面临的关键问题,梳理出适合我国发展的火星EDL验证体系,并提出了解决关键问题的试验验证方案,可为我国火星着陆任务EDL试验验证工作提供参考。     

天问一号着陆器大底分离安全性分析与验证

针对天问一号着陆器大底分离过程,建立大底分离动力学模型并分析分离安全性,基于分析结果设计了大底分离策略.利用大底分离动力学模型和近距离扰动气动模型,分析了分离过程的相对速度和姿态运动规律,根据大底与着陆器的正分离要求确定了大底分离的最小弹射速度.考虑到着陆器姿态运动影响分离安全性,对着陆器施加角速度阻尼控制并限制了最短...     

火星着陆巡视器应用的背罩天线设计

结合我国着陆器发展现状及火星探测任务需求,提出了一种新的背罩天线设计,它由6个单元天线构成,通过给每个单元天线端口等幅同相馈电,实现近全空间波束覆盖。单元天线采用单层共形微带天线形式,通过在辐射贴片边缘开两对不等长度的槽实现双频功能。仿真结果显示:此天线工作于(398±3)MHz和(440±3)MHz频段,增益方向图在俯仰角7°≤θ≤120°范围内大于-8dBi,在俯仰面和方位面有良好的圆对称性。研究结果可为未来我国火星着陆器背罩天线技术的实现提供参考。     

一种舱段快速连接结构设计及承载能力分析

设计了一种新型的舱段间连接装置，分析了其在轴向力载荷作用下的受力情况，并以相对滑动作为失效判据给出了预紧力的计算方法，在此基础上分析了卡箍倾角、摩擦系数以及预紧力等对该结构承载能力的影响。研究结果表明：直径为1 200 mm的连接结构能够满足1 000 kN 轴拉载荷下的使用要求。卡箍与壳体配合面倾角、摩擦系数以及预紧力等均会对该连接结构的承载能力产生影响，其中预紧力的影响主要表现为预紧力增大，卡箍与上下壳体对接面的压力增大，产生的摩擦力增大，因此其轴向承载能力增大。此外，随着配合面倾角增大以及摩擦系数的减小，则会导致该连接装置承载能力产生显著下降。     

可膨胀再入防热锥的技术进展

长期以来返回式飞行器为承受再入气动载荷和着陆冲击 ,采用具有防热层的刚性飞行器壳体 ,导致返回舱的质量和外形大于有效载荷的数倍。柔性可膨胀再入防热锥可解决上述不足之处 ,这种锥形返回舱在返回前进行充气改变其气动特性 ,使在返回过程中达到所需的气动参数和最终着陆速度。可膨胀再入防热锥技术能使有效载荷舱获得广泛用途 ,不但能使航天员、货物和昂贵的硬件安全返回地面 ,还能在载人飞行遇险时作为应急救生的有效措施 ,以及在未来火星探测中发挥积极作用。     

化学非平衡效应对返回舱再入气动力特性的影响

高空高马赫数条件下,化学非平衡效应将对飞行器气动特性产生影响,影响飞行器气动布局优化和飞行弹道设计。文章通过三维化学非平衡流动求解程序,针对再入返回器开展数值研究与机理分析,通过对比完全气体模型和化学非平衡气体模型获得的气动力参数,揭示化学非平衡效应对流场结构和气动力特性的影响和规律。结果表明,对Apollo的气动力计算结果验证了模型和计算方法;化学非平衡效应影响下,激波层内化学反应消耗大量能量,致使激波脱体距离减小,气体压缩性增强;典型状态高度为70 km,Ma=30条件下,化学非平衡效应导致返回器升力系数增大约6%、阻力系数增大约1.3%～3.3%、升阻比增大3%左右、俯仰力矩系数增大,从而使配平攻角减小约2.5＆#176;;通过机理分析,发现化学非平衡效应影响下表面压力系数发生变化的原因是飞行器周围激波形状及驻点压力改变,表现为气体沿流线经激波层、压缩区和膨胀区的历程变化;对于钝体形状的返回器,迎风面前体压力系数增加和后体压力系数降低,造成轴向力和法向力系数增大。     

“火星科学实验室”EDL方案及其新技术分析

"火星科学实验室"进入、下降与着陆(EDL)技术代表了目前已步入应用阶段的火星探测的最新技术。在分析该方案基础上,对其所应用的升力式进入及进入制导控制技术、基于马赫数的开伞控制技术、"矢量点乘"控制的防热罩分离技术、基于"空中吊车"的动力下降与着陆缓冲技术和"空中吊车"飞离控制技术等进行了分析,可为火星探测研究提供一定的借鉴和参考。     

带凹槽结构的涡轮泵平衡活塞工作特性分析

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性研究问题,建立了带不同凹槽结构的平衡活塞后泄漏流道数值仿真模型,并根据仿真结果对平衡活塞后泄漏流道内的...     

Rats in a transparent morris water maze use elemental and configural geometry of landmarks as well as distance to the pool wall

The aim of this study is to evaluate whatare the dimensions of a panorama of discretelandmarks that a rodent will store in order toreturn to a previously visited target. Ratswere trained to locate a hidden platform in acircular pool of clouded water set within aquasi-spherical enclosure. In order to find theplatform, they had to learn the geometricrelations between the platform and asurrounding set of three discrete landmarks,highly visible through the transparent wall ofthe pool. In test trials without a platform,the array of landmarks was so manipulated as todissociate the effect of actual distance to thelandmarks, of their angular separation, and oftheir apparent dimension. Animals were shown torely equally on angular separation and apparentdimension. The role of actual distance couldnot be definitely ascertained, as animals wereshown to additionally rely on the distance tothe pool wall in order to locate theplatform.     

具有吸附性的平板型轨道分子屏离轴区域真空特性的研究

轨道分子屏真空系统,是利用分子屏轨道飞行速度远大于轨道环境大气的平均热运动速度,使空间环境对分子屏产生理想的抽速,在尾部形成气体分子的稀化区,达到极高真空.对平板型轨道分子屏,现有的文献中,仅仅计算了沿对称轴线的压力分布,然而,由于实际的分子屏试验,试件是具有一定尺寸的三维物体。仅仅获得对称轴线上的真空信息是不够的,需要对偏离对称轴线的空间点,进行分析计算.文章针对具有吸附性的平板型轨道分子屏,对偏离对称轴线的压力分布计算,提出了一套计算方法,对500km 的轨道高度,计算结果表明:当考察点与分子屏表面的距离(=|Z0|)小于1.0m,偏离对称轴线的距离小于1.6m 时,真空度维持在优于10~(-10)Pa 的数量级。建议在这一尺度范围进行材料试验。     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律,针对某特定模拟参数试验状态,采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现,在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下,采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低,同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下,试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近,但相较飞行状态存在明显差异;不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显,喷管出口尺寸越大,其与飞行状态越接近。     

高超声速流动壁面催化复合气动加热特性

针对高超声速流动壁面催化特性,计算了不同壁面催化复合系数条件下的球锥驻点热环境。引入了经验证的数值求解Navier Stokes方程的方法,在不同壁温500K～2500K的条件下分别分析了O 2和N 2气体在壁面处的催化复合气动加热特性,得到如下结论：（1） 原子复合放热将提高近壁面温度梯度,改变近壁面组分分布;原子复合放热一部分加热飞行器形成组分扩散热流,一部分加热近壁气体提高近壁温度梯度。（2） 在壁面催化复合系数较小时,原子复合放热主要转化为组分扩散加热,对于不同壁面温度,壁面催化复合系数α<0.1时,单一气体反应组分扩散热流小于总热流的20%。