浅谈航天器污染工程

文章描述了在计划、设计、执行、检验和修正的全过程中,对航天器及其所载科学仪器进行的全面污染控制,并介绍了当前该领域中最新的方法和实践。     

美科学家呼吁重视太空垃圾

两位美国航宇局科学家最近在《科学》杂志上撰文介绍了太空垃圾问题的严重性。地球轨道上现有9000余件空间碎片，未来几年只会有增无减，且尚没有有效而经济的清除方法。目前尺寸超过4英寸（约10厘米）的碎片有约5500吨。即使不再进行航天发射，碎片数量也会因碰撞和解体而继续增加。碎片最多的区域在885—1006公里高度之间．对载人航天威胁较小．但对商业和科研飞行及其它航天活动则有威胁。很大一部分碎片是因卫星特别是留轨火箭上面级爆炸解体产生的。根据美航宇局2004年的一份报告，俄罗斯是产生碎片最多的国家，美国紧随其后，其它来源有法国、中国、印度、日本和欧空局。     

新型航天器——航天飞机

第六节 清除太空垃圾 人类开发和利用太空只是刚刚开始，现在来谈论清除太空垃圾，防止太空污染，保护太空资源的问题，是否为时过早，甚至有点“杞人忧天”呢？     

基于HLLC格式的理想MHD方程数值模拟

针对理想MHD(magnetohydrodynamics)方程数值求解困难的问题,基于原始的HLLC (Harten-Lax-Van Leer Contact wave)近似黎曼解方法,发展出一种新的适用于理想MHD问题的通量计算格式。控制方程采用有限体积法离散,时间推进采用隐式的LU-SGS（lower-upper symmetric Gauss-Seidel）格式,并且采用双曲型散度清除技术来抑制磁场散度的累积。通过一维激波管问题的数值模拟表明,HLLC-MHD格式能准确的分辨并捕捉复杂的磁流体力学波系结构,保证数值计算的精度,最大的数值计算误差不超过10%;通过二维的Rotor问题的数值模拟研究表明,HLLC-MHD格式能够应用于多维理想MHD问题的数值模拟,并且能够准确捕捉多维情况下磁流场中的阿尔文波;通过对比有、无散度清除的Rotor问题计算结果表明,双曲型散度清除技术可以将磁场散度峰值从50降低到2,有效抑制高磁场散度区域的散度累积,同时也会将误差传播到低散度区域,并且引起边界处散度的累积,影响计算的稳定性。      

一种低轨废弃目标的捕获与回收方案

如何清除轨道上日益增多的废弃目标已成为国内外航天活动无法回避的现实问题和迫切需解决的问题.针对低轨道大型废弃目标回收问题,基于天基回收技术的概念,提出了一种新型组合式柔性捕获回收方案.使用空间绳网捕获废弃目标后通过充气式增阻离轨方式进行被动离轨,再利用充气式进入减速技术(inflatable entry deceler...     

载人航天器内菌斑清除装置设计及初步应用验证

为了能够快速有效地清除空间站等载人航天器舱内的菌斑,提出了一种菌斑清除装置方案。从样机原理结构、载荷强度仿真、工艺参数分析和优化方面进行了阐述。地面验证实验的初步结果表明:样机在最优工艺条件下,即风速20 m/s、紫外LED灯功率5 W、光照时间10 min时,菌斑的收集率和杀菌率可达到91%和99.5%,满足使用需求;快速染菌实验表明:样机对易腐蚀菌株芽枝状枝孢霉、黑曲霉、金灰青霉的菌斑清除率和杀菌率均在90%以上;实际应用中,对密闭舱室灯板上的菌斑清除率达到99%。该装置的应用有望提升我国载人航天器在轨防控微生物污染与腐蚀的能力。     

基于启发强化学习的大规模ADR任务优化方法

随着航天事业的蓬勃发展,空间碎片尤其是低轨碎片已成为航天任务不可忽视的威胁。考虑到碎片清除的紧迫性和成本,低轨多碎片主动清除（ADR）技术成为缓解现状的必要手段。针对大规模多碎片主动清除任务规划问题,首先,基于任务规划的最大收益模型,提出一种强化学习（RL）优化方法,并依照强化学习框架定义了该问题的状态、动作以及收益函数;其次,基于高效启发因子,提出一种专用的改进蒙特卡罗树搜索（MCTS）算法,该算法使用MCTS算法作为内核,加入高效启发算子以及强化学习迭代过程;最后,在铱星33碎片云的全数据集中检验了所提算法有效性。与相关MCTS变体方法以及贪婪启发算法对比,所提方法能在测试数据集上更高效地获得较优规划结果,较好地平衡了探索与利用。     

单次任务中主动清除多块碎片的仿真分析

针对国内外空间活动产生的碎片,文章采用多脉冲推力作用下的轨道机动仿真方法,在主要考虑总速度增量为2 km/s的约束条件下,计算碎片清除所需要的速度增量、任务时间以及清除个数。仿真结果表明,单次任务可以清除12块分布比较集中的碎片。研究结果可为我国今后空间碎片清扫任务的设计提供参考依据。     

基于磨料和电化学作用的去毛刺技术

切削加工过程中形成的毛刺，对产品装配后的性能会造成很严重的影响，尤其在航空、航天精密仪表、伺服机构中，毛刺等这类多余物必须事先清除干净。本文结合我校科研成果，论述了基于磨料和电化学作用的挤压珩磨去毛刺、磁性磨料流去毛刺和磁性磨料流电解去毛刺等几种先进去毛刺技术的原理、特点和适用范围。