新型可重复使用载人航天器总体设计构想

<正>从苏联"斯普特尼克"1卫星进入太空到今天,60多年里,人类在航天事业上不断进步,但飞行器的不可回收性使各个国家承担着高昂的成本,制约着航天事业发展。尤其是现在商业航天的规模不断扩大,客户需求不断增大,太空旅游逐渐成为航天又一重要发展方向,航天器的可重复使用性变得更加重要。可重复使用载人航天器,是可以多次往返地面与太空的载人飞行器。可重复使用航天器可以在大气层内进行飞行,或者在太空进行巡航与轨道停泊,与空间站进行对接等任务。随着技术发展,可重复使用航天器还可以进行行星际甚至恒星际的探索。载人航天器的可重复使用将大大减少航天任务的成本。     

可重复使用航天器系统的可靠性分析

重复使用技术是提高航天任务经济性的有效途经。针对可重复使用航天器系统的重复使用需求,对系统可重复使用次数及重复使用的可靠性进行评估,特别是更易于重复使用的电子类系统,基于数学模型法、元器件计数法等可靠性评估的经典方法建立了返回式航天器系统的可靠性模型,并以返回式卫星的电源分系统和回收、着陆分系统作为实例进行分析。研究了维修活动对可靠度的影响,建立了系统固有可靠性与维修后可靠性一体化的模型,建立了基于维修效果的系统重复使用次数评估模型,对系统的可重复使用次数进行了评估。并通过算例验证了模型的可靠性,分析了役龄因子、失效率等典型参数对系统可靠性的影响,计算了系统可重复使用次数达到50次以上的所需条件。     

飞行过程全扫描

航天飞机为可重复使用的航天器,除外部燃料箱外,航天飞机轨道器和固体火箭推进器都可以重复使用。航天飞机执行一次任务,包括准备、发射、飞行和返回4个阶段。     

载人航天飞行历史回顾连载（十二）

1972年1月5日美国总统尼克松批准研制一种可重复使用的空间运输系统（STS），即航天飞机，NASA从此正式开始实施航天飞机计划。这是一种通过可重复使用的运载火箭发射入轨，像飞机那样返回地面，稍加整修即可再次使用的载人航天器。     

X-37B轨道试验飞行器可重复使用热防护系统综述

热防护系统是可重复使用航天器的核心部分,X-37B轨道试验飞行器的成功试飞,突破了可重复使用热防护系统的技术瓶颈。文章对X-37B热防护系统进行了介绍,对鼻锥、机翼前缘、机体迎风面及背风面等部位热防护材料的技术方案、性能参数、制备方式及验证情况进行了概括,同时,总结了X-37B热防护系统的设计经验,可为我国可重复使用航天器热防护系统设计及研究工作提供参考。     

重复使用航天器发展趋势及若干思考

重复使用航天器具有快速、低成本的特性,是自由进出空间的重要技术途径之一。自从２0世纪50年代重复使用航天器的概念被提出以来,历经７０多年,重复使用航天器的研制取得了很大的进步,积累了丰富的经验和教训。基于国内外发展情况,梳理了重复使用航天器的技术路线,深入分析了其发展趋势,从设计、制造、试验、运行维护4个方面探讨了重复使用航天器的特点和难点,并提出了未来重复使用航天器发展的若干思考与建议。     

航天器可重复使用热防护技术研究进展与应用

新一代可重复使用飞行器对热防护系统提出了更高的要求,对于发展高超声速技术而言,可重复使用热防护系统设计至关重要,同时也面临着最困难的技术挑战。文章总结了可重复使用热防护系统可用的新型防热机制,综述了可重复使用航天器所采用的热防护系统的发展状态及典型飞行器应用现状,并阐述了新一代可重复使用热防护技术在设计与分析方法、验证与评价手段以及新型热防护材料等几个方面所面临的挑战。文章有助于更好的理解未来的高超声速飞行器发展中可重复使用热防护技术的发展方向。     

深空探测器防热承力一体化大底结构研究

传统航天器的承力和热防护结构分别设计,使得结构质量大且材料间因热膨胀系数差异存在相分离风险。文章针对进入舱大底结构提出新型一体化热防护系统(Integrated Thermal Protection Systems,ITPS)设计方案,以C/C-SiC复合材料作为防热层,以梯度隔热材料为隔热层,采用耐高温非金属螺钉机械连接辅以胶接的方式组合各部件。通过对典型大底结构进行力、热仿真模拟,结果表明:结构背壁温度、强度满足使用要求;ITPS设计方案较传统热防护系统设计方案质量减小约34%。ITPS在可重复使用航天器、深空探测等领域具有广阔的应用前景。     

美国的微型航天器及其使命

在美国,使用微型航天器来执行空间科学和探测任务是近几年才提出的一个新设想。有关专家指出,微型航天器设想是可行的,微型航天器可用于执行那些需要在空间多个不同位置同时进行测量的任务,也可用于对速度增量要求很高的任务。本文对微型航天器的科学目标和仪器及其可能从事的科学使命进行了讨论,并概述了分系统及运载方面的问题。     

国外可重复使用载人飞船发展现状与关键技术研究

载人航天未来的发展面临着能力和效益的挑战,发展可重复使用载人飞船技术是降低载人航天任务成本的重要手段之一。文章对可重复使用载人飞船概念进行了探讨,给出了系统级可重复使用和部件级可重复使用载人飞船的含义。研究了全生命任务周期中载人飞船成本与可重复使用次数的关系,结果表明:可重复使用载人飞船在经济性上较一次性使用载人飞船有明显优势,且可重复使用次数达到10次以上时,能够使成本趋近于最低。对国外可重复使用载人飞船发展现状和主要技术指标进行了分析,并对发展可重复使用载人飞船所须攻关的关键技术进行了梳理。以上研究内容可为我国发展可重复使用载人飞船技术提供参考。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

纳米孔材料中辐射热传递的改进——扩散近似法计算

用可燃的烧蚀材料作为主动的承热层,用不可燃的多孔材料作为被动的隔热层,是当今一次性使用航天器最普通的一种热防护形式,然而对可重复使用的航天器来说,这种防热结构显然不适用.但是如果把烧蚀层改为金属薄壁或多层金属热防护系统,在不增加很多质量的情况下,能保证航天器主结构在允许的温度范围,则可能是一种很好的设计.在此情况下,隔...     

2020年首期寄语

正2019年过去,2020年到来,在辞旧迎新之际,感谢广大读者对《中国航天》的厚爱和支持!回顾2019,全球共实施103次航天发射,继2018年后再次破百,共有484个航天器进入预定轨道。运载火箭更新换代趋势更加显著,新型号以可重复使用和小型化技术为代表;卫星逐渐引入电推进、激光通信、软件定义、小型化平台等前沿技术;新型载人飞船开始进入试飞任务阶段;深空探测成为各国正在集中攻关突破的战略制高点,即将同时破冰;航天应用进一步向社会经济靠近。衍生出了更多的应     

第六届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议征文通知

正2018年10月,中国宇航学会返回与再入专业委员会将在北京召开第六届飞行器进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术的全国学术会议。本次会议主题为"聚焦再入创新引领空天融合"。现开展会议征文,欢迎广大科技工作者积极投稿,广泛交流该领域内最新技术及科研成果,推动我国未来航天技术的持续发展。一、征文主题1.EDLA新技术及发展战略研究:航天器天地往返技术发展战略;航天器可重复使用技术、发展及应用研究;航天器再入/进入、减速与着陆领域的新理论、新技术、新方法;航天器再入进入、减速与着陆技术的展望     

基于隐马尔可夫模型的语音识别技术在载人航天器上的应用

利用嵌入式平台构建了基于隐马尔可夫模型（Hidden Markov Model,HMM）技术的载人航天器语音识别系统,并针对载人航天器特殊的噪声背景和声学训练,对传统语音端点检测算法进行了改进。通过试验在嵌入式运行环境下实现了指令发送、文字输入等功能,证实该系统适应航天员的口音和发音习惯,可对连贯自然发音方式的命令进行识别,能够满足航天员及任务使用需求。     

基于系统工程的航天器专业化测试模式探索与实践

综合运用航天系统工程理论与方法,系统识别能力提升要素,从系统层面思考和改进航天器综合测试的管理方法、工作程序及工具手段等。结合航天器研制任务特点,在一定资源、时间和成本约束条件下,开展航天器综合测试流程再造、资源优化配置及组织模式创新等一系列专业化测试模式的探索与实践。针对批产航天器,建立流水线组批测试模式;针对复杂新研航天器,建立专业化集群测试模式。通过构建统一的多航天器自动化测试平台,建立测试用例库、测试流程库和测试故障模式库,推进基于测试用例的一键式自动化测试,实现测试任务的精细分解、测试资源的优化配置、测试风险的精细管控。该专业化测试模式既能确保航天器测试任务的质量与安全,又能解决后续日益增长的高峰测试任务需求与有限测试资源之间的突出矛盾,可供其他工程测试任务参考。     

具有光明前景的小型航天器

航天器昂贵的发射费用是当今航天工业面临解决的主要问题之一。解决问题的一个有效途径就是应用经济型且可重复使用的发射系统而开发设计出体积更小、质量更轻的航天器也是很合算的方法。相对崭新的学科微型机构学(micro-meehatronis)(它集微型机构、微型传感器、微型马达及嵌入式电子线路子一体)的应用,可能会简化各种航天器系统的体积和质量。 在航天器中采用微型机构技术所带来的效益是惊人的。若航天器机械质量越轻,所需推进剂质量也越轻;能耗越低,则意味着推进系统体积越小且质量越轻,结构更加简单化,由此而产生的     

美国航天飞机结构解读

航天飞机是指可以重复使用的、往返于地球表面和近地轨道之间运送人员和货物的交通系统。它集航空技术、火箭技术和空间技术于一身,既能作为运载工具,发射各类航天器,又能像普通飞机一样绕地球轨道运行后返回地面,并经过维修再次发射。它在轨道上运行时,可在机载有效载荷和乘员的配合下完成多种任务。     

第七届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术全国学术会议征文通知(第一轮)

<正>2019年8月,中国宇航学会返回与再入专业委员会将在青岛召开第七届进入、减速、着陆与上升(EDLA)技术的全国学术会议。本次会议将围绕"天地通途自由往返"主题,结合火星、探月、载人航天工程等国家重大科技专项工程及航天技术的民用转化研究,开展研讨。现进行会议征文,欢迎广大科技工作者积极投稿,广泛交流该领域内最新技术及科研成果,推动我国未来EDLA技术的持续发展。一、征文主题1. EDLA新技术及发展战略研究:航天器天地往返技术发展战略;航天器可重复使用技术、发展及应用研究;航天器再入/进入、减速与着陆领域的新理论、新技术、新方法;航天器再入进入、减速与着陆技术的展望;地外天体着陆、起飞技术发展     

组合式航天器概念及构型变换最优脉冲控制

为应对多种多样的不确定性对传统航天器的挑战,提出了一种更具灵活性、可靠性的组合式航天器概念。从模块化设计、标准化接口、运行模式、空间任务构型方面对此航天器概念进行描述。它在可维护性、规模可缩放性、可重构性等性能显著增强,特别是具有根据空间任务的不同而进行构型变换的能力。并从相对运动动力学方程出发,本文针对组合式航天器空间任务构型变换,设计了给定机动时间的、以燃料消耗最少为目标的最优脉冲控制方法,生成最优脉冲序列。仿真结果表明,最优脉冲控制方法是实现组合式航天器构型变换的一种有效途径。