力限控制技术研究取得关键性进展

<正>日前,北京卫星环境工程研究所与北京空间飞行器总体设计部、东方红卫星公司共同完成了某型号卫星的随机力限振动试验。本次试验是力限技术首次在整星随机试验中的应用,通过垂直和水     

航天器横向振动试验的力限条件设计研究

航天器力限振动试验技术可以缓解振动过试验现象.在横向力限振动试验中,除了界面横向力以外,界面力矩同样是一个重要的监测和控制参量.文章介绍了力限振动试验的基本原理以及简单二自由度方法、复杂二自由度方法和半经验方法;然后基于模态有效质量概念提出了力矩限设计策略;最后,计算了某航天器有效载荷的力限条件和力矩限条件,结果显示力...     

星载大型反射面天线主动振动抑制建模分析方法

为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制的解析式耦合计算模型,进而预测振动抑制后的天线振动传递特性和响应。以某带大型反射面天线的卫星为例,分别从压电材料布局和计算边界条件角度给出主动振动抑制的时域、频域分析结果,并进行对比。分析结果表明:文章所提出的方法能够实现压电材料在天线臂上的布局优化以及获知天线臂主动振动抑制效果。     

太阳电池阵布局对微小卫星结构特性影响

通过对比某型号微小卫星两种体装式太阳电池阵布局及连接方式,从结构响应灵敏度的角度分析了结构的阻尼对整星顶板太阳敏感器测点加速度响应的影响程度。同时对两种方案整星的正弦振动试验结果对比分析,结果显示:减少侧板固定连接点且增加电池片数量的方案使其顶板部分测点响应超出了设备试验条件,且比初始设计方案测点的响应高出了27.1%,纵向和横向一阶频率均有不同程度的降低。因此,从结构特性的角度来看,初始设计方案更为合理。     

资源一号02B星相机相对辐射校正方法分析

文章首先分析了探元的线性度;然后分别根据实验室积分球状态下和整星半积分球状态下的定标数据采用最小二乘法计算出两组定标系数,对实际图像进行相对辐射校正分析比较其效果,给出整星半积分球状态下的定标数据更真实反映相机响应度不一致现象的结论,并对后续卫星相机的定标工作提出建议;最后针对中巴地球资源卫星相机的特点,提出了一种进一步消除细微条纹噪声的改进方法.     

整星隔振技术的原理分析

用刚度—质量—阻尼模型分析在地面振动试验条件下带隔振器的卫星振动传递函数,得 到隔振前后振动传递函数与卫星模态阻尼、卫星频率下降率和隔振器损耗因子的关系。据此 关系,从抑制共振响应峰值和隔离中高频振动两方面提出了整星隔振器刚度和阻尼设计的若 干准则。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性,引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合,进而导致天线指向精度下降的问题,提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先,结合有限元法和混合坐标法,通过理论推导,建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型;然后,以某在轨成像卫星东西位保为例,通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析,得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵,结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系,得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数,再与星本体的刚体运动参数组合起来,求解卫星天线刚柔耦合动力学模型,即可得到天线实际振动位移。最后,根据天线实际振动位移进行天线型面拟合,并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明,天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°,可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

整星阻尼减振方案及试验结果分析

为改善整星振动环境,研究了在星箭转接锥附加约束阻尼层(CLD)提高整星阻尼的可行性.用有限元方法计算和优选约束阻尼层减振方案,并根据结构特点,综合考虑阻尼增量和附加质量,获得了合理的约束阻尼减振方案.在结构星上进行了振动试验以验证方案的整星减振效果.分析和试验结果表明:此约束阻尼层减振方案有一定的减振效果,可靠性高,且不改变卫星原技术状态.另发现,采用的试验方法和结构星本身因素可能影响整星阻尼减振的减振效果评价.     

冲击试验条件的转换方法及其应用

对冲击试验条件的转换方法进行了研究。利用从频域响应谱到时域激励信号的不唯一性,由小波合成法构造足够数量满足响应谱试验规范的时域激励信号,并施加到单机的有限元模型。用MSC．NASTRAN软件仿真计算单机中元器件安装位置处的响应。统计响应样本,获得在一定概率条件下元器件可能出现的响应峰值。将该峰值作为元器件冲击试验的半正弦波幅值,并以元器件产生最大响应的激励持续时间作为元器件冲击试验的作用时间参数,实现冲击试验条件的转换。给出了一个单机模型的冲击试验条件转换实例。     

基于模态缩聚的限位状态驱动机构非线性动力学分析

含限位的驱动机构具有刚度非线性特征，在正弦振动力学试验中，不同试验量级加速度激励下其主频位置、响应放大倍数等动力学特性均会发生变化，需要开展动力学响应分析提前预示非线性影响，指导产品抗力学环境设计。基于模态缩聚理论，发展了一套针对限位非线性问题的正弦振动响应快速分析方法，可适用于各类复杂驱动机构类产品，避免了大规模有限元模型的非线性计算。算例分析表明:该方法可有效预示不同振动输入量级下限位非线性对产品响应特性的影响，反映出典型的非线性频响突变现象，且计算效率高，可为产品力学特性仿真和力学试验的开展提供有力支持。     

基于准静态载荷的航天器系统级正弦振动试验力限条件

以运载火箭研制方提供的准静态载荷为依据,提出了改进的航天器系统级正弦振动试验力限条件,并结合典型算例与目前采用的传统力限条件进行了对比研究。研究表明:改进的力（矩）限条件及相应的加速度下凹条件剔除了对界面合力（矩）无影响的过载项,物理概念更为清楚,计算方法更为合理;改进后的力限或加速度条件明显低于传统的试验条件,有利于减少航天器系统级试验中的过试验现象。     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。     

基于力限的加速度谱下凹技术研究

为了缓解随机振动“过试验”现象,通常需要在试验件共振频段将加速度谱下凹。结合工程实际,文章基于力限振动试验的基本原理,提出了基于力限的加速度谱下凹策略,最后计算了某航天器有效载荷的加速度下凹谱,可以为随机振动试验加速度条件下凹提供技术支持,具有较好的工程应用价值。     

小卫星随机振动特性分析与试验验证方法探讨

通过试验数据分析了小卫星随机振动响应特性,探讨了组件质量与小卫星随机响应的变化关系,并提出了地面随机振动响应与板面密度关系的一个经验公式。针对某小卫星发射过程中测量得到的主动段振动数据,分析总结了小卫星的主动段振动特性,着重探讨了小卫星主动段振动特性与地面试验的振动特性差异,给出了修正地面试验验证的一些建议。     

通信卫星地平信号的自适应观测处理器

本文分析了国际上通用的以地平边缘的红外辐射信号作为卫星天线系统基准信号所存在的问题,应用控制理论和数字计算原理,提出了地平信号“取中”的自适应处理方法。依据这一方法,在我国通信试验卫星控制系统设计中,设计了地平信号自适应观测处理器,给出稳定的“地中”信号,作为自旋卫星天线消旋系统的基准信号。通过误差分析以及地面模拟试验和几次飞行试验充分证明,本文所提出的红外地平信号“取中”设计方案的正确性。此方案优于国际通用的红外地平“边缘”方案。     

Antenna radiation effects on the orbits of GPS and INTELSAT satellites

A large number of disturbances add to the main force exerted by Earth's gravitational field and affect the actual orbital trajectory of artificial satellites. They possess antennas with specific purposes, such as telecommunication systems operating at specific ranges of frequencies and radiated power. For instance, the antennas used in the GPS and INTELSAT satellites are quadrifilar helix and parabolic reflectors respectively. The radiation emitted by the antennas produces a radiation reaction force on the satellite making its orbital elements deviate from their expected values. Using a mathematical model for the radiation reaction force caused by the antenna, derived from the electromagnetic theory and the energy-momentum conservation law, the perturbation effects on the orbits of the GPS and INTELSAT satellites were studied. The numerical integrator used to solve the satellite equations of motion is based on the Runge–Kutta method of fourth and fifth orders. The theoretical model of antenna radiation reaction takes into account the satellite mass, antenna radiated power and maximum gain of the antenna.     

天线指向微调机构寿命分析及试验验证

考虑到各种环境因素可能对天线波束指向产生影响以及星载天线在轨服务区重置的需求,越来越多的星载天线要求具有在轨指向微调功能。文章针对一种天线微调机构,利用磨损程度评估技术开展了其寿命预估,同时使用加速寿命试验完成了其寿命试验考核工作。     

基于STK的GPS卫星可见性仿真分析

GPS卫星在现代信息化战争中的作用日趋重要。针对GPS的观测应用需求,以目前在轨的31颗GPS卫星为研究对象,分析GPS卫星轨道的特征,研究GPS卫星对地面系统的可见性。结合STK和Matlab软件进行仿真分析,为地面GPS观测系统的天线波束宽度、波束个数设计提供参考。     

地球同步轨道区域电磁频谱监视效能分析

地球同步轨道区域电磁频谱的监视效能进行了分析和仿真。首先针对目标卫星主瓣,进行了频谱监视的目标覆盖率与监视概率分析,结果表明通过主瓣方式实现频谱监视的可行性较差;进而提出基于目标卫星副瓣进行频谱监视的方法。理论分析得到了实现同步轨道目标卫星全覆盖的轨道高度差、监视角及监视距离之间的关系;最后以实际在轨的同步轨道卫星作为目标样本库,进行目标覆盖率仿真分析,结果验证了基于目标卫星副瓣进行地球同步轨道区域电磁频谱监视是可行的。     

Antenna for precise orbit determination

The ESA SWARM mission will consist of three satellites that will measure the Earth magnetic field. The system calls for metre accuracy knowledge of the measurement locations. To achieve this a GPS receiver is used. At least four GPS signals are tracked to determine the code and carrier ranges, from which the position can be derived. The accuracy improves when using more GPS satellites and by averaging over many measurements. The latter is achieved in ground processing with a model-based orbit prediction, resulting in cm accuracy. The main error contributions in the processing are often measurement errors due to satellite multi-path effects. The multipath effects are characterized by measuring the antenna on a 1.5 m mock-up, representing the 9 m long satellite. In order to verify that the mock-up is representative, extensive electromagnetic simulations were made. The simulations included the antenna and the complete satellite and were then reduced to the antenna and a section of the satellite. The actual design of the antenna was performed with several levels of software. First, a fast bodies-of-revolution simulation found a geometry with the right coverage. Then, a finite element method simulation allowed us to match the antenna at two frequencies simultaneously.