基于小孔成像技术的中能电子成像谱仪及其空间观测结果

中能电子测量对空间辐射环境的理论研究和空间航天器的防护设计具有重要意义。北京大学研制的中能电子成像谱仪（BD-IES）利用小孔成像技术实现多方向中能电子的能谱测量。地面标定试验结果表明,BD-IES具有良好的能量线性度和较小的系统噪声,能够有效实现对中能电子的能谱测量。该仪器已成功应用在我国导航卫星上。最新测量结果表明BD-IES对中能电子的测量是成功的,其结果对于研究如亚暴注入、波-粒子相互作用等空间物理热点问题具有重要意义。BD-IES未来将被应用到“风云”等空间环境探测平台上。     

电离层暴时经验模型STORM在中国区域的适应性研究

利用中国区域内9个垂测站1976---1987年一个太阳活动周期的电离层暴时f0F2数据, 统计分析了电离层暴事件的等级, 以及不同等级的电离层暴随季节和地磁纬度的分布特征. 研究发现, 中小型电离层暴在春秋季发生的概率较大, 不同季节的发生次数与地磁纬度具有明显的关系. 利用STORM模型对电离层暴时f0F2和大型及特大型电离层暴时f0F2的预测值与月中值进行了比较. 结果表明, 除了冬季误差增大外, 发生电离层暴时STORM模型能够有效地改善月中值模型. 增加中国的暴时数据, 并提高对冬季的暴时参数f0F2的预测是改善STORM模型的重要因素. 建立合适的暴时指数来预测f0F2是未来研究的重点.     

微重力下层流扩散火焰碳烟生成过程

根据详细的燃料氧化机理和多环芳烃生成机理,对乙烯同轴射流火焰在重力变化下碳烟生成情况进行计算.认为碳烟的初始成核是由两个较大的多环芳烃（PAH）二聚而成,碳烟的表面生长机理为HACA,凝结过程主要考虑PAH与碳烟的碰撞吸附,碳烟生长和氧化过程耦合在分节气溶胶模型中.计算结果表明,微重力条件下乙烯同轴射流火焰峰值温度下降230K,碳烟浓度显著增加,且浓度峰值在微重力条件下更加偏离中心线.分析重力变化对碳烟前驱体乙炔和多环芳烃的分布、初始成核速率、表面生长速率及凝结速率的影响.结果表明碳烟在中心轴线上主要是通过凝结过程生成的,且微重力条件下PAH在碳烟表面的凝结更加重要.由于微重力条件下停留时间更长,导致碳烟直径更大.     

热离子质谱分析仪的研制及定标

热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案,是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术,即5mV高分辨扫描高压,10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验,实现指标参数如下：能量范围为0.499eV~29.94keV,能量分辨率为10.5%;能够实现离子成分H⁺,He⁺,O⁺的分辨;视场范围为360°×8.4°,角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础,可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷.

     

电磁监测试验卫星离子漂移计定标实验研究

离子漂移计用于探测离子垂直轨道方向的漂移速度.离子漂移计的定标实验包括电子学定标和等离子体环境定标.通过对自行研制的电磁监测试验卫星离子漂移计的电子学定标方法研究,测试得到离子漂移计的噪声、电流测量范围、增益和修正系数以及温漂等电子学定标参数.测试结果表明,离子漂移计的电子学性能优于设计要求,满足科学探测需求.此外,借助于意大利INAF-IAPS等离子体测试实验设备模拟电离层等离子体环境,对离子漂移计的等离子体环境定标问题进行了分析研究.等离子体环境下的测试结果表明,该离子漂移计在特征点处测量结果满足仪器指标要求,能够正确探测离子横向速度,且其相对精度满足设计要求.     

火星探测微流星体环境模型及风险预测

微流星体是自然存在的微型天体.在太阳系空间范围内,微流星体的主要起源为彗星及小行星.在地球至火星的空间范围内,微流星体的飞行速度范围为24.13~42.2km·^-1.高速飞行的微流星体一旦撞击火星探测器,将有可能对探测器造成毁灭性的损害.本文基于太阳神探测器的观测结果及彗星轨道观测统计结果,针对火星探测,分别建立了地火转移段及环火飞行段的微流星体环境模型,并基于有限元离散方法建立了火星探测任务的微流星体碰撞风险预测方法.设计了一个虚拟火星探测器,分别对其在地火转移段及环火飞行段的微流星体撞击通量进行了分析.结果显示,在探测器有效任务期内,探测器正面受微流星撞击次数约为背面的10倍.根据本文模型计算结果,将探测器顶板铝合金蒙皮的厚度增加至0.7mm后,在整个任务周期内可将探测器正面受微流星体撞击出现击穿损伤的风险降低为每平米7次.     

太阳同步轨道真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽方法研究

空间辐射环境是导致光电倍增管性能衰变甚至失效的主要原因, 由于空间辐射环境的复杂性以及飞行器在空间活动的轨道、设计寿命和光电倍增管的类型不同, 光电倍增管需要的抗辐射屏蔽要求不同. 以太阳同步轨道高能粒子辐射环境为例, 对真空紫外光电倍增管进行了辐射屏蔽的Monte-Carlo计算, 在此基础上提出了运行于该轨道上的真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽优化组合. 模拟计算表明, 采用Al-W-Al三层结构的屏蔽组合形式, 其中Al层厚2mm, W厚 0.5mm,可将辐射剂量从原本的9.98× 10⁶rad (Si)降低到 8.41× 10²rad (Si), 能较好地满足实际使用要求.     

基于冲击响应谱变换的星箭力学环境等效频谱影响因素分析

介绍基于冲击响应谱变换和稳态放大系数的星箭力学环境等效频谱工程计算方法,给出冲击响应谱相对于正弦基础激励的瞬态放大系数近似解析公式,并结合典型星箭界面加速度时域响应数据分析力学环境等效频谱的影响因素。数值计算和理论分析结果表明：发射段低频力学环境瞬态效应明显,采用工程计算方法确定星箭力学环境等效频谱的结果受稳态放大系数取值影响较大——该系数取值的增大将使等效频谱幅值在整体上明显减小,频率分布特性也会发生变化。可见,目前工程上所采用的星箭力学环境等效频谱计算方法尚有不合理之处,后续应探索新的星箭力学环境等效频谱确定方法。     

烧蚀型防隔热/隐身多功能复合材料制备与性能

以轻质化为前提，基于烧蚀防热借助于溶胶-凝胶技术制备出低密度防热/隔热/隐身一体化复合材料（HRC），有效地融合了烧蚀防热、高效隔热和宽频雷达隐身的功能。实验结果表明，多壁碳纳米管（MWNT）吸波剂均匀分散在杂化酚醛气凝胶骨架中，随着添加量的增加，HRC材料平均孔径减小，力学强度得到显著提升，添加5.0wt%MWNT的HRC与未添加相比压缩模量提高1.8倍。同时，MWNT的引入显著增加了HRC的雷达吸波性能，在4 ~ 18 GHz内反射率＜-8 dB。地面风洞考核中，HRC表现出优异的防隔热性能，最高表面温度达到1 700 ℃左右，经过400 s烧蚀后最大背面温升（20 mm）仅为153℃，近零体积烧蚀，烧蚀后仍保持着优异的宽频雷达吸波性能。     

改进FMECA在空间电源分系统中的应用

故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法广泛应用于航天领域,并较早地形成了航天领域内的FMECA规范,基本满足型号常规使用的要求。但是,随着航天产品的日益复杂及高可靠性的要求,FMECA规范已无法完全适用,尤其是FMECA工作的有效性和全面性有待进一步研究。本文从三方面提出改进FMECA的方法程序,包括改进功能和结构分析方法,完善FMECA表格,增加发生可能性的级别,同时以电源分系统的分流调节器为例,验证改进后FMECA方法程序的可行性。分析结果显示:改进后的FMECA分析层级清晰,表格填写规范,故障模式和故障原因分析更全面,更有利于发现薄弱环节,并有针对性地指导产品开展设计改进,提高产品可靠性。