月壤原位利用工程技术发展浅析

月壤原位利用技术作为月球资源原位利用技术体系中的重要环节,相关技术的工程化应用是未来实施月球探测及资源开发的重要内容,也是实现自给式月球探测和开发的起点。文章基于国内外月壤原位利用技术的发展现状和趋势,给出了月壤原位利用的工程技术路线。结合近期任务工程化实施的问题和难点,简要梳理了月壤原位制氧和月壤原位成型的技术方案和发展思路,旨在为后续月球资源探测和开发提供借鉴和指导。     

未来月球及深空探测中的动力学环境问题

近年来,越来越多的空间机构将月球和深空探测作为未来空间探测的重点。未来随着深空探测任务复杂度的增加,其面临的动力学环境也更加复杂。文章分析了月球和深空探测过程中所面临的动力学问题,介绍了现有月球和深空探测中主要动力学环境试验的情况,最后提出了未来月球和深空探测所面临的动力学环境模拟挑战和建议。     

深空粉尘环境探测技术综述

空间粉尘携带了跨越时间和空间的大量信息,从星系起源到行星系演化,甚至携带了生命起源的基本物质。空间粉尘环境一方面给人类提供了了解深空环境的媒介,另一方面也对人类空间行为产生影响。随着科学载荷技术的发展,粉尘环境探测器能力也逐渐由单纯记录事件向记录粉尘物化特征扩展。文章综述了目前已经开展的空间粉尘环境探测项目,并以高速撞击效应为切入点讨论了以光学、应力及声波、电学测量、原位捕获与返回检测等技术手段为主的空间粉尘探测技术,指出未来随着深空探测项目的开展和探测对象的扩大,空间粉尘环境探测需求会推动具有复合功能、低质量功耗、高精度的探测技术进一步发展。     

基于排队模型的航天器环模设备负载能力分析

一般真空热试验对于空间环境模拟设备的占用时间长达7～30天。随着发射任务量的增加,试件排队等待进行试验的情况时有发生。文章针对这种情况,以一组中型环模设备为对象,统计分析了其近5年的试验任务量,结果显示：试件的到达间隔时间近似服从负指数分布,试验持续时间近似服从Gamma分布。基于此,建立了描述试件进行真空热试验的M/G/k排队模型,通过蒙特卡罗方法给出了不同试验持续时间分布、不同任务量下的平均排队长度、平均排队时间等关键指标,可为未来相应设备的建设与规划提供参考。     

近场分析法在航天器磁测试中的误差因素及精度评估

航天器磁性测量误差因素及精度评估与航天器结构尺寸、磁矩量级、内部磁性分布特征,以及所用的磁测试方法和测试设备等有密切关系。近场分析法是航天器磁偶极矩测定中经典有效的测试方法。文章就该法在航天器磁测试中的系统误差、随机误差因素及精度评估逐一进行详细论述和深入剖析;针对中大尺度航天器正置态磁测试中垂向磁矩测试结果存在的误差,提出提高测试精度和改进误差评估的有效方法和措施;给出航天器磁测试有效性综合评估的基本条件和评判标准,得到不同尺度航天器磁测试误差的预估参考范围。文章所述航天器磁测试误差因素及精度评估技术对于提高航天器磁测试精度、有效控制航天器磁性具有指导意义。     

基于有限元法的水下绝缘体小目标电磁场探测方法仿真研究

开展具有自主知识产权的水下绝缘体小目标探测方法研究,可为我国海域勘探开发提供技术支撑。文章将基于有限元的电磁场探测方法应用到水下绝缘体小目标的检测：首先利用ANSYS Maxwell软件进行建模仿真;然后对不同电流及不同水面高度/水下深度有无绝缘体小目标的磁感应强度进行模拟并计算其差值。结果表明,当水下导线直流电流为200 A时,磁感应强度模拟差值大于0.3 nT,可在350 m×350 m×35 m的海域内有效探测有无绝缘体小目标通过。     

30%SiCp/Al复合材料空间服役温度环境适应性研究

30%SiC_p/Al复合材料具有较高的比强度和比刚度,应用于火星车驱动组件需满足空间环境温度下的高强韧性和高尺寸稳定性需求。文章对粉末冶金法制备的铝基碳化硅复合材料开展了空间环境地面模拟试验,分别从力学性能、组织结构和热物理性能等方面对材料的大温域空间环境适应性进行系统分析。结果表明,材料的力学性能和热物理性能随温度呈现规律性的变化,且具有各向异性：低温条件下抗拉强度提高,线膨胀系数降低;高温条件下冲击韧性提高,导热系数降低;经高低温循环后残余应力降低,抗拉强度提高,线膨胀系数各向异性降低。在此基础上,初步分析了铝基碳化硅复合材料受不同空间温度环境影响,力学性能和热物理性能发生变化的内在机理。     

基于前馈神经网络的柔性连续臂建模与仿真

柔性连续臂的设计研究近年来取得重大进展,但其建模研究一直相对滞后。为此,文章对柔性连续臂进行运动学建模研究,提出使用临时姿态矩阵求解逆运动学的方法,解决了逆运动学不易收敛的问题;利用前馈神经网络对基于模态振型函数（MSF）的模型进行拟合,建立一种端到端的正运动学模型和逆运动学模型,在保证模型精度的同时,显著提高了其逆运动学求解效率。该模型可以灵活更改前馈神经网络输入输出神经元的数量,从而将自身迁移到多节模型中。     

基于聚类的航天器多余物粒径特征识别方法

针对焊锡粒多余物粒径特征识别过程中,粒径区分度不足和粒径特征参数类间交叉对分类准确率的不利影响,提出基于聚类的高精密航天器多余物粒径特征识别方法。从信号时域与频域分析技术出发,选取多个特征参数构建多余物粒径初始特征参数向量;采用Fisher比量化各个特征参数对粒径的区分能力并削除贡献率较低的特征参数,从而构建最终多余物粒径特征识别模型;用K均值聚类算法对无标记的不同粒径等级训练样本进行学习后揭示不同粒径等级下输入特征参数的分布规律,实现混合粒径的识别。验证试验表明,在含单个和2个多余物的情况下,多余物粒径的总体识别准确率达81.8%,满足实际要求。     

基于光纤耦合金刚石NV色心系综磁强计的电路诊断方法

为考查应用新型磁强计——金刚石氮空穴（nitrogen-vacancy, NV）色心系综磁强计进行电路诊断的可行性和可靠性,从金刚石NV色心系综磁强计的基本原理出发,搭建了一套光纤耦合金刚石NV色心系综磁强计测试实验系统,将探头紧贴于电路导线外壳,通过测量磁强计处磁场信号的变化实现对电路的诊断。实验结果表明,金刚石NV色心系综磁强计对电路异常引起的磁场变化响应明显,对电流的分辨率优于50 mA;当探头和导线距离发生变化时,观测信号曲线呈现明显的台阶,空间分辨率优于0.4 mm。本系统采用更加简洁的方案实现了10 μT量级磁场分辨率的性能指标,能够诊断出电路的电流变化并进行精确定位,可广泛应用电路无损检测及可靠性评估。