Advances of Microgravity Sciences

Advances of microgravity sciences in China are introduced. The research works include ground-based study and space experiments. In the recent years, the main means still are theoretical analysis, numerical simulation, ground-based experiment, and short-time microgravity experiments of drop tower. Besides, many space experiment projects are arranged. SJ-10 recoverable satellite will carry out 19 scientific experiment projects. Nine of them are for microgravity Sciences. The other ways for space microgravity experiment are with the help of Chinese Shenzhou spacecraft, Chinese Tiangong space laboratory, and Chinese space station in the near future. The Chinese space station will become main platform of Chinese microgravity sciences experiment in space.      

百万像素中波红外焦平面组件研制

中波红外焦平面组件是"高分四号"卫星凝视相机红外成像通道的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足国内技术基础,采用主流的红外焦平面组件技术路线,突破了高均匀性中波红外材料制备、百万像素中波探测器芯片加工、超大规模读出电路设计、高密度铟柱阵列倒装互连、大冷头尺寸微型杜瓦封装等关键技术,研制了像元数为1 024×1 024的百万像素大面阵中波红外焦平面组件,对大面阵中波红外焦平面组件的像元响应一致性、航天环境适应性、可靠性等进行了优化设计,并进行了地面测试和试验验证。中波红外焦平面组件的噪声等效温差达到21.4m K、有效像元率优于99%,经过高温70℃条件下1 500h长期存储和12 000次开关机温度冲击等试验后性能稳定。测试和试验结果表明:像元数为1 024×1 024中波红外焦平面组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足技术要求。     

刚体航天器大角度姿态机动控制算法

针对刚体航天器在参数不确定及环境扰动情况下的大角度姿态机动问题,提出一种自适应离散变结构姿态控制算法.建立包含航天器姿态运动学及动力学的仿射模型,并精确反馈线性化解耦;对得到的各线性动态方程离散化处理,由离散指数趋近律推导了参数化的离散变结构姿态控制律.最后基于Lyapunov稳定性理论设计了控制参数的自适应更新律,有效克服了模型中的各时变项及干扰项影响.仿真结果表明,该算法可有效减小干扰引起的姿态指令角跟踪偏差,确保了大角度姿态机动控制的精确性与鲁棒性,并且消除了常规变结构控制的抖振现象.     

中继测控链路动态分析与计算方法研究

中继测控链路计算是进行中继测控链路性能分析的重要手段。就任意可视弧段而言,中继终端和中继卫星之间的相对位置都是不断变化的,这就引起部分链路参数随着时间和位置动态变化。文章提出了一种中继链路动态分析与计算的方法,建立了中继链路动态通信方程,最后以中继终端和天链一号01星某仿真可视弧段为例,进行了中继链路的动态分析与计算。结果表明,文章的链路计算与分析方法实际可行,对于中继终端实际工程应用和在轨试验具有参考价值。     

双U形管束换热器压降和热效率模型实验

在低速风洞上实验研究了双U形管束换热器压降特性以及热效率,着重对比了U形管截面形状和换热器安装角的影响.结果表明:在相同的U形管管内平均速度下,椭圆管换热器的管内压降高于圆管换热器,在较高的管内平均速度下两者的差异更为明显;对于外部流动,换热器安装角增大所诱导的外部流动压降显著增加,在较小的换热器安装角下,椭圆管换热器的管外压降略大于圆管换热器,而在较大的换热器安装角下,椭圆管换热器的管外压降则显著低于圆管换热器;安装角为30°的换热器传热系数较安装角为10°时可以提高约50%,在密流比为0.4时,椭圆管换热器的热效率相对于圆管换热器约有6%的增加.      

一种基于系数择优的低阶球谐电离层延迟改正模型

针对单频接收机的电离层延迟改正问题, 提出了一种基于系数择优的低阶球谐电离层延迟改正模型. 按照电离层延迟改正模型参数择优问题的描述, 明确参数优化的目标和约束条件, 根据参数选择可编码的特点, 提出了利用遗传算法进行参数择优的方法及步骤. 以欧洲定轨中心(CODE)提供的电离层数据作为参考标准, 对参数择优模型、 低阶球谐模型和Klobuchar模型模拟的区域电离层VTEC精度进行了比较分析. 结果表明, 较之相同系数个数的低阶球谐模型, 参数择优模型精度平均改进了1～2TECU, 而且比Klobuchar模型及低阶球谐模型能更好地反映电离层的周日变化及纬度变化特征.      

面向空间抓取任务的目标轮廓跟踪方法

在空间抓取任务中,视场背景复杂,光照条件变化剧烈,而且存在相对运动。文章提出了一种新的动态轮廓特征检测跟踪方法。首先在灰度梯度法基础上,引入形状匹配、面积筛选和自适应灰度阈值调整方法,提高了轮廓提取的鲁棒性。随后,基于该提取结果,利用图像序列的时域相关约束辅助GVFSnake算法进行轮廓跟踪,提升了动态检测速度。最后,考虑到空间抓取任务的实时性需求,采用CUDA运算架构对算法进行并行化处理,并对一组序贯图像序列进行了轮廓跟踪实验。实验结果表明,此方法在CUDA平台下轮廓跟踪速率达到了10帧/s,在保证轮廓检测的准确性的基础上,明显改善了检测速度。     

仪表级SiC/Al复合材料的应用研究与实践

针对下一代惯性仪表结构材料在应用中存在问题的现状,开展仪表级复合材料的应用研究,攻克了复合材料稳定化组分设计,高致密、大尺寸复合材料制备技术,尺寸稳定化评价技术和仪表级复合材料稳定化工艺四项关键技术,实现了仪表级SiCP/Al在惯性仪表结构件上的成功应用,分析了该材料应用于惯性仪表可能带来的效果,并指出了制约仪表级SiCP/Al在惯性仪表零部件上应用的问题。     

一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究

研究了开口型截面桁条加强蒙皮锥壳结构的局部稳定性计算方法;并用平板/加筋圆筒极限轴压的有效宽度法计算其极限载荷,得出加筋锥壳结构局部稳定性和整体稳定性的分析方法。     

动态裂纹尖端塑性区的解析解

基于动态裂纹尖端应力场方程和Hill屈服准则,确定裂纹尖端塑性区的表达式,给出平面应力条件下Ⅰ/Ⅱ复合型动态裂纹尖端塑性区的解析解,分析了不同裂纹扩展速度下裂纹尖端塑性区的形状和大小.结果表明,Hill准则适用于正交异性材料和各向同性材料裂纹尖端塑性区的估算;裂纹扩展速度越快,裂纹尖端塑性区的范围越大,裂纹尖端塑性区的形状变化越大;Ⅰ型裂纹和Ⅱ型裂纹尖端塑性区的形状关于裂纹面对称;复合型裂纹尖端塑性区的范围和形状与m有关;对于同型裂纹,与正交异性材料相比,各向同性材料裂纹尖端塑性区的范围较大.