航天器可靠性与空间特殊环境试验

文章论述了环境试验对航天器可靠性的重要作用,重点介绍了原子氧、空间辐照粒子、等离子体与带电、空间碎片等特殊环境及其效应对航天器寿命及可靠性的影响,并对开展航天器长寿命、高可靠环境试验技术研究提出一些建议。     

空间辐射环境工程的现状及发展趋势

空间辐射环境是航天器在轨运行所面临的重要环境要素之一,因其诱发的单粒子效应、总剂量效应、位移损伤效应、表面充放电效应、内带电效应等既可引起航天器材料、器件、结构等在轨损伤、性能退化甚至失效,然而又可以利用其开展空间育种等活动。文章从空间辐射环境与模型、空间辐射效应及机理、空间辐射环境与效应试验的评价标准、空间辐射环境效应试验方法、空间辐射环境与效应地面模拟试验设备、空间辐射环境与效应数值模拟、空间辐射环境与效应飞行试验及抗辐射加固技术等角度对空间辐射环境工程的现状进行了评述,进而提出了空间辐射环境工程各个领域的发展趋势。     

卫星载荷二次电源用MOSFET的抗辐射设计及验证

针对某卫星载荷二次电源所面临的空间总剂量辐射环境及其效应,进行了二次电源用3款MOSFET(IRF5N3415、IRF7NA2907、IRF7N1405)的抗辐射总剂量设计,通过使用钽片加固及合理的结构布局防护使该3款MOSFET的辐照设计余量(RDM)均不小于3。开展总剂量辐照试验验证,对比参数变化得出MOSFET的抗电离总剂量数据,验证了加固设计的有效性。采用经过抗辐射设计的非宇航级元器件将成为空间降成本应用的趋势之一。     

基于北斗双星定位系统的组合导航滤波算法实现研究

捷联惯性导航系统的主要缺点是导航定位误差随时间增长。北斗双星定位系统是我国独立研制的一种区域性卫星导航定位系统,具有自主性强、定位精度较好的特点。因此捷联惯导与北斗双星定位的组合成为具有我国特殊意义的一种组合导航系统。论文针对北斗双星定位系统设计了一种低阶卡尔曼滤波器,建立了双星的量测噪声模型。首次提出了使用逐次逼近法来解决北斗双星系统中存在的位置滞后的问题,并且最后进行了实际的跑车验证。试验表明,该组合导航滤波算法实时性好,精度高,具有较好的工程应用价值。     

空间CCD图像传感器辐射损伤评估方法

CCD图像传感器作为高灵敏度光电集成部件,易受空间辐射的影响而发生性能退化和工作异常。开展其辐射效应评价研究并制定相应的防护对策,是保证其在空间可靠应用的前提。文章通过地面模拟试验和辐射屏蔽计算,对空间用CCD图像传感器电离辐射损伤与位移损伤效应开展评估方法研究,为CCD抗辐射加固设计与地面评估试验提供参考。该方法也可用于其他光电器件和材料辐射效应评价。     

热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验方法

文章研究热控涂层GEO带电粒子辐射效应加速试验的参数确定方法。根据轨道带电粒子辐射环境的特点,以效应等效为原则,建立了利用单一能量带电粒子产生的辐射效应模拟轨道带电粒子辐射效应时的等效注量率计算方法,称之为等效能谱模拟技术;并建立了利用高注量率来提高加速试验效率的加速因子计算方法,称之为加速试验的加速因子确定技术。利用这两项技术,研究设计了防静电Kapton二次表面镜GEO电子辐射效应模拟试验的参数。     

空间润滑脂的研究进展

空间环境中高真空、高低温、强辐射、原子氧和微重力等恶劣因素对空间润滑脂的结构和性能提出了特殊要求。为了满足空间运动部件高可靠性和长寿命的要求,需要改善空间润滑脂的性能。文章主要从基础油、稠化剂和添加剂这3个方面介绍和分析了空间润滑脂的研究进展及发展方向。     

航天器总装部装用胶带工艺性能及其空间服役行为试验研究

航天器总装部装阶段采用胶带粘接过程中,其环境温湿度直接影响黏结可靠性;胶带在空间服役过程中,空间辐照环境也对其黏结可靠性构成挑战。文章采用胶带的相关标准方法,针对3M公司的4种胶带在组装过程中不同的温度、湿度和辐照环境的初黏、持黏、剥离性能进行了表征,综合评价和分析空间环境对黏结可靠性的影响。     

基于多柔体动力学的飞行器多目标优化设计

研究了柔性航天器总体设计中基于结构与姿态控制的多目标优化问题。利用拉格朗日 方程建立了刚柔耦合系统动力学模型,提出以附件质量和微分矩阵最大实特征值为目标函数 的多目标优化问题;采用非支配排序进化求解算法（NSGA-II）,对某柔性航天器进行了多目 标优化分析设计;最优决策为具有一定规律性的空间曲线,该优化结果对柔性卫星的总体分 析设计具有一定的指导意义。
     

电推进真空热环境试验研究现状及关键技术

电推进是空间任务的重要推进手段,也是急需发展的空间技术之一。为了评价电推进装置的有效性和可靠性,需要在地面开展各种验证试验,其中有热环境试验。文章对电推进装置的热环境试验技术发展现状进行了跟踪研究,结合国外热环境模拟设备的研制使用情况,梳理出热环境试验相关的关键技术,就我国电推进热环境试验技术和试验设备提出了发展建议。     

整星热试验容器强度及稳定性分析设计

空间环境模拟器真空容器结构设计必须考虑外压载荷和设备载荷,进行详细的结构力学分析计算,使其结构安全可靠。文章采用有限元方法计算分析了容器的强度和稳定性,获得了复杂结构载荷下的应力和临界屈曲压力,在此基础上对容器进行了强度和稳定性评价,所得结果可为容器结构设计提供可靠的依据。     

火星载人探测中辐射防护综述

火星探测是人类太空探索的重要组成部分,火星载人探测中航天员的辐射安全问题是人们最为关心的问题。文章扼要介绍了美国/俄罗斯火星载人探测技术的发展过程,重点阐述了探测中的辐射环境、辐射效应以及国外探测结果;在此基础上,对火星探测中的辐射剂量进行了预示,提出了辐射防护建议。     

双星定位系统增强方案分析

双星导航系统由于卫星数目有限，不能实现实时三维无源定位。为解决我国目前对自主无源三维导航资源的急需，近年来提出了铷钟法、伪卫星法及Loran—C增强法等多种增强方案。通过分析这些方法的工作原理、性能特点、必要性和可行性，将双星系统增强技术的内涵、思路和作用予以展现，并指出各方法的现存问题、解决方案和最具可实现性的发展方向。同时强调了这些增强技术不仅能提供三维无源连续导航资源，而且对未来的第二代导航系统也具有重要的应用价值。     

航天数据固态记录器设计问题(上)

航天工程数据存储技术正在从传统的磁带记录向固态记录转变。星上固态记录器的设计面临着一些新课题。在我国，固态记录技术的发展还处在起步阶段。为了促进我国航天工程数据存储技术的发展，本文试图全方位地探讨航天工程数据固态记录器的设计问题。全文共分为三部分。第一部分论述航天工程数据存储技术的发展趋势，讨论固态记录器目前常用的和富有发展潜力的半导体存储器。第二部分讨论空间辐射环境、单粒子效应及其预测方法。第三部分介绍辐照加固、容错设计、封装工艺，以及典型固态记录器的特性     

管路焊接结构的随机振动疲劳损伤分析

航天飞行器管路结构在随机振动载荷作用下产生疲劳损伤,可能导致管路焊接结构的疲劳失效,影响飞行器正常飞行.为此,开展飞行器管路焊接结构的疲劳损伤分析研究.首先建立管路结构的有限元模型,并通过计算模态分析和试验模态分析验证模型的准确性;然后考虑材料疲劳特性的离散性,推导焊接材料的P-S-N曲线以及疲劳损伤的计算表达式;随后...     

A technique for estimating the probability of radiation-stimulated failures of integrated microcircuits in low-intensity radiation fields: Application to the Spektr-R spacecraft

In developing radio-electronic devices (RED) of spacecraft operating in the fields of ionizing radiation in space, one of the most important problems is the correct estimation of their radiation tolerance. The “weakest link” in the element base of onboard microelectronic devices under radiation effect is the integrated microcircuits (IMC), especially of large scale (LSI) and very large scale (VLSI) degree of integration. The main characteristic of IMC, which is taken into account when making decisions on using some particular type of IMC in the onboard RED, is the probability of non-failure operation (NFO) at the end of the spacecraft’s lifetime. It should be noted that, until now, the NFO has been calculated only from the reliability characteristics, disregarding the radiation effect. This paper presents the so-called “reliability” approach to determination of radiation tolerance of IMC, which allows one to estimate the probability of non-failure operation of various types of IMC with due account of radiation-stimulated dose failures. The described technique is applied to RED onboard the Spektr-R spacecraft to be launched in 2007.     

空间带电粒子辐照效应的地面加速试验研究

空间带电粒子辐照下空间材料的损伤与失效是空间材料学研究的重要组成内容,地面模拟加速试验是研究材料辐照损伤效应的重要方法和技术途径。文章阐述了地面辐照加速试验的方法及相关概念,以光学石英玻璃为例验证辐照加速试验与模拟等效区间的概念,为当前研究材料在空间带电粒子辐照环境条件下的行为与航天器设计、选材提供科学依据。     

航天员空间活动接受辐射剂量限值的研究

空间生物学辐射效应是由空间辐射环境引起的,空间辐射环境的变化受太阳活动性影响。空间辐射水平比地表面水平高,航天员在空间所接受剂量比地面人员接受的吸收剂量高出100倍甚至更高,并且高能重离子的生物效应显著。文章简要阐述了空间辐射环境、空间辐射生物学效应与航天员的辐射剂量限值等问题。     

表贴塑封器件的老炼方法初步研究

目前在高可靠性应用领域里已开始有限地选用工业级表贴塑封器件。为提高整机的可靠性,需要对表贴塑封器件进行可靠性筛选,而老炼是其中至关重要的环节。相比比较成熟的直插器件的老炼方法而言,表贴塑封器件老炼尚有一些问题需要进一步研究与探讨。文章对表贴塑封器件与直插器件老炼过程中的结温控制方法进行了比较与分析,指出了两者结温控制的主要区别。基于此,提出基于等效热阻估算及结合器件壳温控制结温的表贴塑封器件老炼试验方法,对包括SC-75、UCSP等封装的元器件进行了老炼试验和测试。筛选后的元器件已应用于工程实践,并通过了一系列的试验考核。     

含共因事件航天系统的通用动态故障树方法

为了表示航天复杂系统中组件依赖关系和输入次序等动态事件与共因事件,动态故障树的求解过程通常会面临很高的计算复杂度与时间开销。基于系统定义假设,由基本事件的概率分布入手,根据动态门的时序逻辑定义和关联方式,给出系统故障事件的准确通用计算方法GDFTA (Generic Dynamic Fault Tree Algorithm)。GDFTA方法实现了通用的动态树求解,避免了Markov方法的状态空间爆炸问题,并取得了较理想的计算准确性。通过对动态树实例的可靠性评估证明该方法可行。在标准动态故障树测试集中,四类不同系统的可靠性结果精度优于Monte Carlo方法,计算效率也有显著提高。