Progress on Microgravity Sciences in China

The main progress of the research activities on microgravity fluid physics, combustion, biotechnology research and fundamental Physics in China are briefly summarized in the present paper. The major space missions and experimental results obtained on board the Chinese recoverable/nonrecoverable satellites and the Chinese manned spaceship named "Shen Zhou" are presented summarily. The recent main activities of the ground-based studies in China are introduced in brief.     

用不均匀钢带法测量对流换热系数的测量技术研究

对用不均匀钢带进行换热测量做了研究。制作了贴有14块扇形不均匀加热钢带作为测量面的换热盘。推导了计算不均匀加热钢带热流密度的三种不同的关系式,并对他们做了比较验证。计算了造成主要测温误差的热阻,方法是采用热电偶和热像仪相结合来比较他们的测温结果。对换热盘进行测试验证的结果表明其可以进行旋转盘的换热测量。通过换热实验,采用不均匀钢带加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法,由测量出的盘面温度分布计算换热系数。     

1997年1月空间天气事件的三维MHD模拟

以1997年1月空气天气事件期间的观测为依据，在构造了比较接近真实的背景太阳风基础上，进一步利用三维时变的MHD模式，模拟了CME（日冕物质抛射）激发的扰动在行星际空间的传播过程，对地球空间环境的影响及行星际磁场南向分量Bz在1AU的时间经历。模拟结果与WIND卫星的测量进行了比较。结果表明，模拟与观测得到的扰动得到地球的时间、地球空间环境各量的变化及Bz的时间经历基本一致。     

1998年5月日冕三维结构的数值模拟

采用三维理想磙流体力学（MHD）模式，内边界条件把二维投影特征线边界方法推广应用到三维计算，有效地稳定了数值计算并保证稳态解的自洽性；初始猜解磁场由1935卡林顿周光球磁场观测数据得到，这样计算得到的1998年5月份期间日冕三维结构比较符合实际，计算结果表明：（1）计算得到的源表面非径向磁场量值在磁中性线附近不超过2μT，表明源表面磁场基本径向。（2）模拟得到的源表面径向磁场量值除了在磁中性线附近的区域外变化不大，这和观测一致。（3）由源表面磁场按平方反比的规律计算出1AU处磁场量值更接近观测值。（4）计算得到的日冕结构和观测定性一致，三维数值模拟结果表明，日冕的三维大尺度背景结构主要是由磁场决定的，在闭磁场处或者电流片附近，太阳风的密度高，速度低；在开场区，太阳风的密度低，速度高。     

一种基于核回归的改进型图像去噪方法

为了消除图像处理中的噪声,同时尽可能地保留图像细节,提出了一种基于核回归的图像去噪算法。该方法的基本思想是在经典方法以像素位置决定权值的基础上,引入像素灰度值。即核函数在计算权值时考虑两个因素:空间距离和灰度距离。通过计算控制核来做到自适应,最后引入一个迭代过程。实验结果表明该算法能够在滤除图像中的高频噪声的同时尽可能保留了图像的细节特征,获得了较为理想的去噪效果。     

可逆固体氧化物燃料电池性能的数值模拟研究

可逆固体氧化物燃料电池(rSOFC)可正向工作放电和反向工作电解。船舶排放污染和化石资源枯竭的问题使rSOFC在船舶动力推进上的运用具有较好的前景。本论文利用流体力学理论描述rSOFC多物理输运过程、水气反应（WGS）和电化学反应,并采用Ansys/ Fluent建立了二维单通道rSOFC的数值模型以研究合成气为燃料的rSOFC电极厚度和气体组分等因素对电流密度、WGS反应速率和燃料利用率等性能的影响。结果表明,电极的厚度和气体组分等参数对rSOFC宏观性能有较大影响;WGS在rSOFC反应过程中起着重要作用;在双模式运行下,C/H元素比的增大会改善电流密度和电化学反应的不均匀分布。本研究对理解rSOFC可逆运行工况的性能以及在船舶推进系统的应用有着重要的意义。     

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。     

飞行包线下燃油箱耗氧型催化惰化系统性能研究

为给新型耗氧催化惰化系统部件设计提供输入参数,在提出低温可控耗氧催化惰化系统流程基础上,以燃油箱出口抽吸流量为基准,基于质量守恒和能量守恒方程,建立了系统流程模型。以中央燃油箱为对象,仿真研究了全飞行包线下惰化系统的重要性能变化,以及关键参数对其影响。结果表明:惰化系统可以有效降低氧体积分数,如在初始满载、催化效率0.5、风机抽吸流量60 L/min条件下,24 min后氧体积分数即降至12%以下;在飞行过程中,燃油箱气相氧氧体积分数在下降及进场阶段上升,其他阶段均呈下降趋势;催化效率越高、风机抽吸流量越大,所需惰化时间越小,且催化效率一定时,达到相同惰化时间,初始空载时所需风机抽吸流量最大。应按最不利的空载工况来设计耗氧型催化惰化系统。      

空间多功能在轨维护机器人系统及其末端执行器设计

空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的,通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析,提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统,并提出多种末端执行器设计方案。其中三指-三瓣式末端执行器作为末端工具快换装置,不仅具有机械接口捕获对接的功能,还具有电力/信号传输功能,以及机械臂动力传输功能;钢丝绳缠绕式末端执行器具有优越的容差和软捕获性能,适合用于实现对安装有捕获接口的合作目标以及非合作目标卫星发动机喷管的捕获;而欠驱动三指末端执行器具有良好的待捕获目标物体形状自适应功能以及软捕获功能,因此可用于对空间形状不规则的太空垃圾等目标进行非合作目标捕获。通过对多功能在轨维护机器人系统及其末端工具快换过程以及末端执行器对目标捕获操作的研究,所提出的基于末端工具快换的多功能在轨维护机器人系统有较好的应用前景。