Assessment of the close approach frequency and collision probability for satellites in different configurations of large constellations

The Earth orbital environment is drastically changing due to an intensification of the space activities. In particular, several projects of large constellations, proposed for the next years for communications purpose like global internet access, Internet of Things, or for Earth observations, will lead to the deployment of several thousands of new satellites at an unprecedented rate. It is a crucial challenge for space traffic management, which will deal with a great number of satellite conjunctions, potentially causing a collision with damaging consequences for the constellation itself and the space environment sustainability.In this paper, we investigate the close approach frequency and the cumulative collision probability for each referenced constellation. For this purpose, we compute the orbital evolution of satellites in different constellations during the lifecycle, from the deployment to the decommissioning, and we apply the CUBE algorithm and the Foster method to assess the collision probability with the background space debris population assuming a constant uncertainty in position. We show the variation of risk defined by the close approach frequency and the cumulative collision probability as a function of the proposed configuration. In particular, satellites of the Iridium and Kuiper constellation, but also satellite of the Telesat constellation on polar orbits are the most exposed at a collision. Moreover, the decommissioning phase contribute for a major part to the final cumulative collision probability.     

均布压力作用各向异性矩形薄板大挠度问题

基于冯·卡门模型，选择中心挠度为摄动参数，利用摄动方法将正交异性矩形薄板大挠问题的非线性偏微分方程组逐级线性化，导出了各级摄动对应的几个线性偏微分方程组，然后再借助变分法求解，得到了均布载荷作用下正交异性矩形薄板的载荷-挠度曲线。     

轮控小卫星姿态大角度机动递阶饱和控制器设计

针对采用反作用飞轮的小卫星姿态大角度机动控制，在反作用轮输出力矩受限、速率饱和的约束条件下，采用递阶饱和方法，即限制卫星每次姿态机动的最大偏差，对姿态偏差进行逐次消除。在毋需获知最优机动轨迹规划的情况下，可用于卫星任意时刻的姿态捕获和机动控制。数学仿真结果表明，本文设计的控制算．去能够实现快速姿态机动任务，具有良好的鲁棒性。     

超声速混合层液滴两相流动的大涡模拟

为研究超声速气流中液滴与气流的混合及液滴蒸发对混合的影响,采用大涡模拟(LES)方法数值仿真了超声速混合层内液滴两相流流场结构,气相流场采用亚格子(SGS)模型和切应力输运(k-ωSST)湍流模型,液相模拟采用轨道模型和单液滴蒸发模型。在混合层前缘入口处均匀持续地投放液滴,并在液滴入口处下方添加非周期小扰动,并观察液滴蒸发过程对该小扰动造成的影响。分析了入口小扰动在流场中不同的发展情况,发现液滴的蒸发过程使混合层厚度增加并加速混合层的发展,对气相流场扰动较强,可能导致流动失稳,对混合过程有很大的促进作用。     

乙醇-空气稀液雾值班火焰的大涡模拟研究

为加深对气液两相湍流燃烧现象的认知,检测火焰面模型在液雾燃烧中的适用性,本文在欧拉-拉格朗日架构下使用火焰面/反应进度变量模型(FPV)数值模拟了乙醇-空气稀液雾值班火焰。欧拉坐标系下的气相湍流场使用大涡模拟方法模拟,离散液相则使用拉格朗日颗粒轨道模型进行描述,考虑了相间质量、动量、能量交换。燃烧模型中采用碳元素定义混合物分数,在混合物分数方程源项中体现液相对燃烧模型的影响。模拟得到的气相温度分布和液相统计值均和实验数据较好吻合,验证了该燃烧模型对稀液雾扩散类型火焰的适用性。分析瞬时图发现,该稀液雾火焰的最高燃烧温度往往位于当量混合物分数附近,在出口下游20倍直径处火焰完全点着,此处上游FPV模型能给出局部点火熄火现象。蒸发作用在剪切层和点火区域较强,而液滴和火焰作用较弱,单一液滴很少被火焰包围。     

大粒径聚苯乙烯微球的悬浮聚合反应历程研究

采用悬浮聚合方法制备了粒径约为100~120μm的聚苯乙烯(PS)微球。通过在聚合过程中逐步取样,并结合扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜(OM)等手段研究了样品在不同聚合时期中的微观形貌、粒径及其分布的情况,讨论了悬浮聚合制备大粒径PS微球的反应历程。结果表明:大粒径PS微球的悬浮聚合过程主要经历3阶段:液—液分散期、粒子增长期和粒子恒定期,在特定的聚合时期,微球的生长方式和微观形貌有显著不同。在不同生长时期内通过对聚合反应条件的选择性调节,可实现对最终PS微球的形貌、粒径及其分布的有效控制。     

大阻尼高刚度复合材料仪表板的设计结构与工艺研究

设计了一种五层夹芯多层阻尼薄膜嵌入的复合材料仪表板结构,并采用多次热压罐固化成型工艺来制作该大阻尼高刚度复合材料仪表板.它们分别是:上、下蒙皮和中心层的制作,上、下蒙皮和中心层与泡沫塑料的粘接与紧固件的预埋,孔的修正及仪表板的包边加工.通过成形质量检验和加载试验,验证了成形工艺的可行性和合理性.     

单轴台的大角度姿态快速机动联合控制方法

为验证小卫星大角度姿态快速机动与高精度稳定控制能力,基于单轴气浮台硬件仿真环境,提出了一种利用推力器与飞轮组合的联合控制策略.采用相平面控制技术与有限时间控制理论设计控制器,利用推力器实现无超调的快速机动控制,利用飞轮实现有限时间内的高精度稳定控制,使单轴台在有限时间内快速高精度稳定于目标姿态.物理仿真结果表明:该方法在有限时间内完成单轴台快速稳定控制的同时,可有效避免机动过程中的超调现象,且能有效规避推力器的频繁开关与飞轮的过快饱和等问题.     

基于大涡模拟的平流层浮空器气动特性分析

为研究不同球体间距对“球形囊体型”平流层浮空器(SLV)气动特性的影响,采用有限体格式、结构网格和大涡模拟(LES)计算方法求解不可压缩的Navier-Stokes(N-S)方程,对超临界雷诺数“球形囊体型”平流层浮空器绕流进行数值模拟,并对不同球体间距下的数值计算结果进行详细的分析比较.通过对比试验数据,单球体数值模拟的阻力系数时均值与Achenbach的试验数据一致,验证了计算方法分析超临界雷诺数球体绕流问题的准确性.研究不同间距的双球体阻力变化规律以及振动频谱特性,随上下游球体间距G的增加,合阻力先增大后减小,上游球体的阻力占优振动频率逐渐减小;G=1.5D(D为球体直径)和G=2D时,上下游球体有相同的占优振动频率.随间距G的增加,两球体相互作用与上游球体对下游球体的尾涡结构影响逐渐减弱.      

大口径管内层材料硬度现场自动测量仪设计

硬度试验是材料性能试验的主要方法之一。随着工业的发展,许多管类产品的硬度现场测量需求越来越多,常规的硬度测量仪器不能满足管类产品的现场测量需求,需要研究新的测量手段,实现对管件的非破坏性测量。论述了采用电阻硬度传感器技术实现炮管镀铬层硬度的测量方法以及对测量装置的设计。