空间电推进应用及技术发展趋势

充分调研分析了国外空间电推进技术及典型应用情况,详细介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、中低轨道航天器无拖曳控制与高精度姿态控制、空间太阳能电站轨道维持等领域的空间应用情况。对电推进在国内不同领域的应用需求进行了分析,包括GEO卫星位置保持和全电推进、近地小行星探测等深空探测主推进、低轨航天器无拖曳控制和轨道维持、(超)低轨小卫星编队飞行及(微)小卫星精确轨道控制和空间太阳能电站轨道维持等任务。电推进技术正朝着高功率、大推力、低功率、微小推力、宽功率范围推力连续可调、高比冲、长寿命和多模式方向发展。针对电推进在不同应用领域的需求及电推进技术发展方向,提出了我国未来20年拟开展的电推进技术研究项目。     

国外空间推进技术现状和发展趋势

空间推进技术通常可分为常规化学推进、电推进、微推进和新型推进4大类。常规化学推进是目前航天器的主要推进方式,性能继续提升。电推进已成功证明其优势和可靠性,在各种卫星和深空探测器上大量应用,且朝更宽泛功率的方向发展。蓬勃发展的微小卫星对微小推力、小质量、低功耗的微推进提出了迫切需求。无毒化学推进、太阳帆推进、核推进等新型推进技术正在加紧研制或进行空间飞行试验。首先综述国外卫星和深空探测器等航天器的各类空间推进技术应用和研究现状,然后分析其发展趋势,最后提出对我国空间推进技术的发展建议。     

引力波探测卫星热设计研究进展

介绍了各国引力波卫星热控问题的研究现状,分别分析了美国激光干涉空间天线(LISA)计划的引力波探测卫星、我国的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星的热控方式,详细阐述了引力波探测卫星在整星级热设计上存在的挑战,点明了目前的引力波探测卫星精密热设计技术与可以投入运行使用的引力波探测卫星实际需求的差距。具体分析了国内的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星在热控能力上与LISA卫星产生差距的原因,并介绍了几种国内航天器正在开发应用的新技术,为之后的引力波探测卫星热设计的进一步提升提供一定的理论基础。     

一种高稳定正弦载波产生电路的设计与研究

高稳定正弦载波产生技术是电容位移传感任务中的关键技术,能否精确实现高精度电容位移传感直接关系到空间引力波探测核心载荷的指标实现.在空间引力波探测任务中,对惯性传感器关键技术——高精度电容位移传感技术中的高稳定正弦载波产生电路进行研究,通过将直接数字频率合成(direct digital system,DDS)中影响正弦...     

美国小行星俘获任务及其启示

小行星俘获(ACR)任务是美国Keck空间研究中心发起的一项深空探测任务。该任务计划选定一颗近地小行星,通过口袋式抓捕系统对其实施抓捕,并于2025年左右将其带回近月空间。文章介绍了ACR任务的内容和系统设计,具体包括:航天器总体构型、抓捕分系统、探测识别分系统和控制与推进分系统;对小行星抓捕的目标探测与识别、旋转匹配、抓捕、消旋、轨道转移等核心操作。基于ACR任务,提出了空间目标俘获技术的需求与应用、抓捕航天器系统设计的启示;基于我国目前的技术研究情况,总结分析了发展空间目标俘获任务所需的关键技术,如大功率柔性太阳翼、长时间大范围轨道机动、目标探测与识别、快速机动、目标抓捕与消旋。     

航天器微低重力模拟及试验技术

针对国内外不同类型的微低重力模拟机理、应用方法及特点进行了介绍。综述了基于气悬浮技术的多自由度模拟器的关键技术以及组合应用方法;对各种复杂航天器(包括大型空间机械臂)在微低重力模拟环境下进行的展开、编队、抓捕对接、分离以及在轨服务等典型试验应用进行了系统介绍,同时总结了针对宇航员模拟训练的微低重力环境的实现手段及其特点。最后,展望了微低重力模拟及试验技术的发展前景,并提出了多项亟待突破的关键技术。     

光帆航天器发展现状及“突破摄星”计划关键技术

光帆航天器可以借助太阳光,也可以从地基或空基能量站发出激光对其加速,与传统的化学推进相比,光帆推进技术可以使航天器获得较大的加速度,从而进行较远空间目的地的探测活动。文章对国外光帆航天器的发展现状及主要技术指标进行了调研,重点介绍了"突破摄星"计划(Breakthrough Starshot)概况,并对其重要系统组成及计划工程实施过程进行了详细分析。最后对"突破摄星"计划中可能涉及到的关键技术进行了梳理,包括地面大型激光阵列技术、芯片星器件集成技术、光帆轻质材料技术、光帆姿态控制技术以及深空激光通信技术。以上研究内容可为我国发展光帆航天器技术提供参考。     

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。     

太极二号卫星精密热控关键技术及试验验证

针对引力波探测太极二号卫星提出的高稳定度温控需求，开展了高分辨率测温系统和高稳定度热控技术的研究，提出了多级阻尼的热控设计方法，建立了多级阻尼状态空间数学模型，揭示了系统中热量传递特性。该方法在太极二号核心载荷上进行了地面试验验证，试验结果表明核心舱关键仪器的温度满足指标要求。试验结果的噪声分析，不仅验证了精密热控关键技术，而且提出了关于热噪声分析与抑制的新方法，为后续航天器精密热控技术提供了理论分析方法和工程参考依据。     

日地系统拉格朗日点航天器编队飞行现状与关键技术

深空探测可以帮助人类研究太阳系及宇宙的起源、演变和现状,进一步认识地球环境的形成和演变,认识空间现象和地球自然系统之间的关系,因而具有重大的科学与技术意义。由于日地系统拉格朗日点附近的航天器编队适宜进行深空观测等科学使命,所以日地系统拉格朗日点航天器编队飞行技术就成为深空探测的重要技术之一。本文通过分析美欧若干日地系统拉格朗日点编队飞行使命,介绍了该项技术的发展现状,分析了拉格朗日点在深空探测中的战略地位,总结了日地系统拉格朗日点编队飞行的关键技术,并对这些关键技术进行了分析。     

空间应用激光干涉测距技术发展综述

近年来,长基线高精度激光干涉距离测量技术的空间应用,为空间引力波探测(天琴计划、太极计划、LISA计划)、系外生命探测(觅音计划)、先进重力场测量(GRACE Follow-on)等大科学计划,以及高精度多星组网技术的实现提供了不可或缺的条件.ESA研制的星间激光干涉测距仪随GRACE Follow-on卫星于2018...     

空间堆核动力技术选择研究

目前,基于太阳能、化学能的空间电源与空间推进技术,其技术能力的发展已接近极限状态,未来亟需开发基于核能的先进空间动力技术。针对低成本空间轨道运输、高功率载荷航天器、深空探测器、行星表面探测与开发等应用场景,以空间堆核电源为重点,分析了国际发展现状和未来航天需求,分别针对大功率(100 kWe～1 MWe)和小功率(1 kWe～10 kWe)应用需求,提出了技术主导方案,围绕主导技术方案梳理了关键技术,为我国空间堆核动力技术发展规划和预先研究提供参考。     

电推进羽流与航天器相互作用的研究现状与建议

电推进与传统的化学推进相比可以节约大量推进剂质量,被广泛用作地球同步轨道卫星南北位置保持和深空探测等任务的主推进系统。电推进器工作时产生的羽流与传统的化学推进器羽流有显著区别,电推进羽流对航天器的影响是进行卫星电推进器系统设计时需要重点关注的问题。文章讨论了电推进羽流对航天器的主要影响,介绍了国外在地面模拟试验、空间飞行验证和软件仿真技术等方面的研究现状,同时对国内开展羽流与航天器相互作用研究提出了建议。     

国外航天器高精度高稳定度高敏捷指向技术综述

调研了国外航天器高精度高稳定度高敏捷指向技术发展现状,分析了其实现的主要技术途径,研究表明高精度高稳定度高敏捷指向作为一项系统性技术,需要从构型布局、结构动力学、控制等多方面开展综合分析与设计。文章对其中一体化构型布局设计、微振动抑制、多级复合控制和大力矩执行机构等关键技术进行了总结和分析,可为我国高性能航天器的发展提供借鉴。     

我国空间推进技术研究现状及发展

空间推进是航天器实现轨道机动和姿态控制的动力源.经过60多年的发展,我国在空间推进方面逐步掌握了化学推进、电推进、在轨补加等一系列关键技术,实现了从常规有毒向新型无毒的转变,以及从化学能推进向更高能量密度推进的升级,形成了型谱化空间推进产品,并成功应用于我国运载火箭、载人航天、人造卫星、深空探测、空间防务等领域,支撑了...     

低温技术在航天领域中的应用

文章从能量耗散、工作温度两个主要技术指标介绍了国外一些典型低温光子传感器;根据寿命、电能分配、质量和防振要求,提出在进行航天器低温系统设计时需要考虑的因素.文章还介绍了国外空间低温制冷机的发展状况、关键技术研究计划,以及进行空间探测的一些实验项目.     

空间电推进技术应用现状与发展趋势

电推进技术是近年来空间推进领域发展和应用最为活跃的专业技术。文章阐述了电推进在航天器上应用的优势与问题,电推进应用于航天器可带来节省推进剂、提高姿控精度、扩展深空探测距离等优势,同时需要关注带来的表面电位变化、荷能粒子影响、电磁干扰等问题。目前,电推进已经广泛应用于GEO及低轨卫星、深空探测器等航天器上,并且电推进正逐步向更大功率、超高比冲、更多模式、更低成本等方向发展。建议我国加大需求牵引,夯实基础理论,尽快开展多种电推进空间飞行,并不断培育新型电推进技术,占领未来电推进技术制高点。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

气动增压器技术及其在空间推进系统的应用

液体火箭发动机用气动增压器技术在航天器推进系统中的应用,产生了一种全新的推进系统一气动增压式推进系统。介绍了气动增压器技术,分析了气动增压器技术应用于空间推进系统的优势和关键技术,并展望了应用前景。     

电推进航天器的特殊环境及其影响

文章介绍了应用离子和霍耳电推进系统在航天器周围产生的等离子体和电磁场等特殊环境,讨论了这些特殊环境对航天器各分系统或部件产生的溅射腐蚀、沉积污染、充放电、等离子体干扰、碰撞动力学扰动等影响效应,探讨了研究电推进与航天器相互作用效应的地面试验技术、空间飞行试验技术和模型分析技术,介绍了离子电推进系统与航天器相容性分析评价的技术要点。