Adiabatic demagnetisation refrigerators for future sub-millimetre space missions

Space worthy refrigeration capable of providing a 100 mK and below heat load sink for bolometric detectors will be required for the next generation of sub-millimetre space missions. Adiabatic demagnetisation refrigeration (ADR), being a gravity independent laboratory method for obtaining such temperatures, is a favourable technique for utilisation in space.We show that by considering a 3 salt pill refrigerator rather than the classic single salt pill design the space prohibitive laboratory ADR properties of high magnetic field (6 Tesla) and a<2 K environment (provided by a bath of liquid⁴He) can be alleviated, while maintaining a sufficient low temperature hold time and short recycle time. The additional salt pills, composed of Gadolinium Gallium Garnet (GGG) provide intermediate cooling stages, enabling operation from a 4 K environment provided by a single 4 K mechanical cooler, thereby providing consumable free operation. Such ADRs could operate with fields as low as 1 Tesla allowing the use of high temperature, mechanically cooled superconducting magnets and so effectively remove the risk of quenching.We discuss the possibility of increasing the hold time from 3 hours, for the model presented, to between 40 and 80 hours, plus reducing the number of salt pills to two, through the use of a more efficient Garnet.We believe the technical advances necessitated by the envisaged ADRs are minimal and conclude that such ADRs offer a long orbital life time, consumable free, high efficiency means of milli-Kelvin cooling, requiring relatively little laboratory development.     

磁通综合式余度舵机系统电流均衡的研究

讨论了磁通综合式余度舵机系统电流均衡的设计问题。基于实现解耦的电流均衡设计,消除了通道间的“电流纷争”。其结论适用于其它磁通综合式余度电液伺服系统     

无人机航向测量的罗差修正研究

 针对数字式磁航向测量系统在无人机上的应用,系统地研究了任意姿态下的罗差修正问题。通过分析罗差形成的原因,提出一种更为简单的罗差修正方法和确定罗差系数的工程方法。为了减少试验工作量和试验数据的错误,用计算机检验罗差系数的正确性,并提出试验数据正确性的检验方法。实验结果表明,该方法是很有效的。这种方法不仅可用于无人机,也可用于车辆、轮船等其它运载工具。     

磁场梯度张量测量法消除卫星磁干扰

在调查了消除卫星本体对磁场探测造成磁干扰的方法基础上,采用磁场梯度张量测量法替代传统的双探头梯度测量法消除卫星磁干扰,通过仿真分析和实测验证重点考察了基于欧拉反褶积算法的构造指数、伸杆长度与背景磁场反演误差之间的关系。仿真结果表明:对于本体边长1 m总剩磁1 A·m2的卫星而言,磁场梯度张量测量法在1~2 m的较短伸杆条件下,背景磁场反演误差较大;在3 m以上的较长伸杆条件下,具有较高的背景磁场反演精度,4 m条件下反演精度约0.5 nT。在长伸杆条件下,磁场梯度张量测量法比双探头梯度测量法的背景磁场反演精度提高约3倍。      

火星空间磁场低频波动

波动是无碰撞等离子体中能量重新分配的重要途径。对波动的研究有助于更准确地认识太阳风与火星的相互作用,认识火星空间环境的特征。介绍了火星空间中常见的几种磁场低频波动,包括离子回旋波（Ion-CyclotronWave,ICW）、磁流体动力学（MagnetoHydro Dynamic,MHD）波、镜像模波、哨声波以及磁场锯齿状波动,总结了这几类波动的特征和可能的形成机制,说明不同种类的波动所反映的不同的物理过程。由于波粒相互作用在火星离子逃逸的过程中起到了重要作用,波动可影响火星环境的演化。     

木星磁场及磁场模型的对比分析

木星具有太阳系最强的行星磁场,是木星探测面临的基本环境。首先对磁场环境及其数学模型进行了调研,并在研究木星磁场模型以及磁场的数学原理的基础上,使用MATLAB数学工具实现了木星主磁场的计算,对VIP4、VIT4、O6和V1_17ev（eigenvector,特征向量）4个模型与磁测数据进行了对比及分析。研究结果表明这4个模型计算得到的磁场强度范围较为一致,但在全球磁场分布上存在差异,尤其是对磁南极位置的识别上,4个模型的结果都不相同;在对模型计算结果与探测数据的探讨分析中,发现4个模型与探测数据的符合较为一致,偏差均较小。可为木星探测的环境保障提供必要的理论基础和计算模型支撑。     

小型磁悬浮CMG高速转子动框架效应前馈补偿与实验

磁悬浮控制力矩陀螺是航天器快速姿态控制与快速机动的新型空间执行机构。由于动框架效应,框架转动输出力矩反作用于飞轮转子,会导致磁轴承的径向载荷和控制电流发生改变。为抑制动框架效应对磁浮转子的影响,在分析力矩输出时高速磁浮转子受力特性的基础上,采用角速率前馈控制策略实现对动框架效应引发的力矩扰动的有效抑制,并在所研制的75Nms立式小型磁悬浮控制力矩陀螺上进行了整机输出特性测试。试验结果表明：该方法能在保证磁浮转子高速稳定的前提下有效抑制动框架效应,满足整机力矩输出的要求。     

磁性流体研磨加工的实验研究

随着科学技术的发展,电子、光学和军品零件加工精度和表面质量的要求日益提高。采用普通研磨加工方法,虽然加工表面粗糙度和形状精度可符合要求,但表面加工变质层会使零件的机械物理性能降低。为此,开发研究出许多精加工技术。磁性研磨法是70年代新开发研究的一种加工方法,具有高精度、高效率和加工表面无变质层的特点,特别适合难研磨材料和复杂形状表面的研磨加工,并能在研磨加工过程中控制研磨效率和研磨精度。本文以自行研制的研磨装置为实验手段,对磁性流体研磨加工进行工艺试验,探索了研磨时间、磨粒粒径、混合液体积添加率和磁场强度诸因素对研磨效率和研磨精度的影响。并在此基础上对研磨机理进行了初步分析,提出了磁性流体研磨加工中单颗磨粒的运动模型,找出了研磨表面产生铜屑粘连、夹渣、磁性颗粒粘附和较粗划痕等缺陷的原因,以及控制措施。     

磁悬挂天平的轴向力测量(磁悬挂天平技术研究之四)

本文在研究30mm×30mm 磁悬挂天平的轴向力测量问题时,采用了间接测量方法,即对线圈电流和模型位置进行测量,再根据电磁力与两者之间的函数关系来确定轴向外力的大小。文章介绍了电磁铁磁场分布的改进结果,测定了传感器的时间漂移和温度漂移特性,确定了天平的最佳使用时间;采用理论方法和实验方法建立了电磁力与线圈电流之间的函数关系。文章详细介绍了这一实验方法,亦即实验校准过程。对天平系统的测量误差作了分析,结果表明传感器时漂产生0.2%的误差,温漂产生0.15△T%的误差,电流取样电阻的温漂产生0.39△T%的误差。文章讨论了进一步提高天平精度的措施。     

2-SGCMGs与磁力矩器的对地姿态混合控制方法

针对故障后仅剩两单框架控制力矩陀螺(SGCMG)可工作的对地定向三轴稳定卫星姿态控制问题进行了研究,提出了2-SGCMGs系统与磁力矩组合的混合控制策略及方法,以克服两SGCMG欠驱动控制的鲁棒性问题.首先,给出2-SGCMGs零动量方式的标称框架角构型选择计算过程.然后,结合标称框架角构型,构造了一种不同于沿传统体轴...