LISA — a study of the ESA cornerstone mission for observing gravitational waves

The primary objective of the Laser Interferometer Space Antenna (LISA) mission is to detect and observe gravitational waves from massive black holes and galactic binaries in the frequency range 10⁻⁴ to 10⁻¹ Hz. This low-frequency range is inaccessible to ground-based interferometers because of the unshieldable background of local gravitational noise and because ground-based interferometers are limited in length to a few km. LISA is an ESA cornerstone mission and recently had a system study (Ref. 1) carried out by a consortium led by Astrium, which confirmed the basic configuration for the payload with only minor changes, and provided detailed concepts for the spacecraft and mission design. The study confirmed the need for a drag-free technology demonstration mission to develop the inertial sensors for LISA, before embarking on the build of the flight sensors. With a technology demonstration flight in 2005, it would be possible to carry out LISA as a joint ESA-NASA mission with a launch by 2010 subject to the funding programmatics. The baseline for LISA is three disc-like spacecraft each of which consist of a science module which carries the laser interferometer payload (two in each science module) and a propulsion module containing an ion drive and the hydrazine thrusters of the AOCS. The propulsion module is used for the transfer from earth escape trajectory provided by the Delta II launch to the operational orbit. Once there the propulsion module is jettisoned to reduce disturbances on the payload. Detailed analysis of thermal and gravitational disturbances, a model of the drag-free control and of the interferometer operation confirm that the strain sensitivity of the interferometer will be achieved.     

按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统

本文提出了一个按降低轨迹灵敏度综合最优设计飞行控制系统的方法。它能使系统具有满意的动态品质,同时对系统参数的变化及非线性产生的影响具有较强的鲁棒性。该设计方法具有通用性和程序化,系统实现简单。     

开发月球车用的月表环境的地面模拟方法研究

当前中国正在进行自己的探月工程,预计将会发射月球车登陆月球表面.在研制月球探测器过程中,为了在地面验证月球车的可靠性和各项功能(如着陆冲击、自主巡航和遥控),必须建立相应的地面试验中心.根据目前对月球表面环境的认识和现有的仿真技术,文章提出了实现月表综合环境模拟的试验设施的设想.由于月球表面环境非常恶劣并且月表的地形也非常复杂,文章提出了一种组合式月表环境模拟器的设想.主要部分是模拟各种月貌特征(如陨石坑、斜坡、沟壑等)的可移动单元.每个单元是一个用模拟月壤制作的小沙盘,其化学成分、组成颗粒分布和力学性能和已经获取的真实月壤样品相似.根据不同的试验要求,选择相应的单元按照一定的规律组合成为试验场.这样在有限的场地面积内可以按需实现对月表不同地域的地貌特征模拟.同时,可以选择少量单元的组合构成更小规模的试验场,以方便与其它环境模拟器(如落塔,热/真空容器等)联合,实现模拟月表的综合环境.     

航天器舷窗玻璃超高速撞击损伤与M/OD撞击风险评估

用北京卫星环境工程研究所的18mm口径二级轻气炮(TLGG)和20 J激光驱动微小飞片装置(LDFF-20)对用作航天器舷窗玻璃的熔融石英玻璃的超高速撞击损伤特性进行了实验研究和分析.其中,TLGG发射的球形铝弹丸直径分别为1 mm和3 mm,速度2～6.5 km/s;LDFF-20发射的圆柱形飞片厚度7 μm,直径1 mm,速度1～8.3 km/s.撞击结果为:对12 mm厚的熔融石英玻璃,直径为3mm的弹丸甚至在2.8 km/s的低速下就将其穿透,而直径为1 mm的弹丸在6.5km/s的高速下没有穿透,这说明弹丸直径对撞击损伤特性有很强的影响;LDFF-20发射的微小飞片的撞击仅在玻璃表面产生很浅的凹坑,没有裂纹产生,但微小飞片的累积撞击损伤明显地降低了玻璃的透光性.实验初步获得了侵彻深度PC、侵彻直径D1与弹丸撞击速度Vp、弹丸质量Mp之间的经验关系.依据实验结果和目前的微流星体/空间碎片(M/OD)环境工程模型,建议对于高度为400 km、轨道倾角42°、寿命为3年的典型航天器,其舷窗玻璃的临界安全(非穿透)厚度至少为12mm.     

改性小推力液体发动机推力室工作过程仿真

在考虑N2O4/一甲基肼(MMH)自燃推进剂雾化、蒸发和化学反应过程的条件下,采用贴体网格系统和耦合显式求解算法,仿真计算了小推力液体发动机不同喷嘴设计对推进剂的蒸发、混合燃烧、推力室内流场和燃烧室效率的影响。仿真结果与高空热试车数据基本一致。所用模型合理,具一定的参考价值。     

月球表面温度的数值模拟

通过月球天文计算,建立了以太阳辐射、月球辐射和太阳反照参与的月球表面辐射系统模型,并考虑了月球表面从周围通过导热传入的热量,从而可以模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度.模拟结果表明,随着纬度升高,月球表面太阳辐射强度降低,月球表面的温度也随之降低.月面温度变化周期一般为约29天;受月球的黄赤夹角影响,在纬度为90°时,温度变化周期约为178天.建立的月球表面温度模型,与较缺稀的月球实测资料进行了比较,表明本模型可较准确的模拟任意时刻不同经纬度坐标的月球表面温度,为探月设备的热设计与热控制提供研究基础.     

高精度惯性平台误差自标定方法

在考虑框架轴、陀螺和加速度表安装误差的备件下，推导了惯性平台陀螺仪和加速度表的通用输出误差模型。为分离陀螺仪误差系数、加速度表误差系数、陀螺仪安装误差、加速度表安装误差，设计了一个16位置的标定方案，以完整地分离出惯性平台的42项误差系数。算例表明，采用该方法标定，陀螺误差系数的精度可优于5％，加速度表则更高。     

海洋目标探测卫星的通用效能模型初探

为有效构建海洋目标探测卫星体系，建立一套能对各类卫星的海洋目标探测效果进行分析与评估的通用效能模型非常重要。初步建立了以目标探测概率为度量的海洋目标探测卫星通用效能模型，可用于光学成像、雷达成像和电子侦察卫星等。模型考虑了影响目标探测概率的三类主要因素即观测区域与目标特性、卫星平台参数和卫星有效载荷特性，分析了卫星技术性能指标和作战性能指标的相互关系，可作为海洋目标探测卫星体系需求分析、顶层设计以及效能评估的依据。并以大型舰船为探测目标用仿真结果说明了模型的适用性。     

基于前馈补偿的高精度卫星姿态控制

研究带有大型单翼太阳帆板的三轴稳定卫星在稳态运行期间姿态精确定向问题。计算了卫星运行空间的环境干扰力矩，分析了传统控制方法的局限性，并给出一种新的卫星姿态高精度动态补偿控制算法。推导了卫星的挠性动力学模型，在此基础上通过仿真比较了此方法和传统方法的实际效果。结果表明，该方法可以显著提高姿态控制的响应速度和精度。     

基于狄氏先验分布的固体火箭发动机可靠性增长Bayes分析

针对固体火箭发动机研制存在历史信息和专家信息的特点,提出了一种可靠性增长分析的Bayes模型。以狄氏分布作为先验分布,给出了先验分布参数的确定方法。综合利用了先验信息和每一阶段现场试验信息,推导了各阶段可靠性的后验边际分布。给出了当前阶段和后续阶段产品可靠性的Bayes点估计和置信下限,分析了各阶段试验结果对最终产品可靠性估计的影响。最后给出了一个实例,验证了该模型的有效性。