试论航天器环境可靠性试验

文章从航天器特点、航天器试验的目的和重要性、一般武器装备的可靠性试验状况以及可靠性试验的发展史出发进行分析,从而得出了可靠性是航天器试验的目的、环境是航天器试验的手段的结论.从这个意义上讲,称航天器的研制试验、鉴定试验、验收试验、发射前的合格认证和运行试验的试验项目和要求与各类组件级设备、各分系统、系统级组成的试验矩阵为航天器环境可靠性试验矩阵.每一项试验都是航天器环境可靠性试验的不可或缺的组成部分;减少试验类别或项目、或降低要求,虽然可以得到减少经费、缩短研制周期的好处,但势必要冒失效或性能降低的风险而付出应有的代价.     

偏转弹头导弹的动力学建模方法研究

 偏转弹头是一种新的导弹操纵方式,动力学建模是对其研究的基础。偏转弹头导弹可以看成由弹头和弹体组成的多体系统,应用多体建模方法Schiehlen法建立系统的动力学模型。首先把弹头和弹体的运动状态用广义坐标表示,弹头的绝对运动由相对运动原理得到,根据牛顿 欧拉动力学方程分别写出弹头和弹体的质心移动方程和绕质心的转动方程,再运用达朗伯原理的理想约束性质消去方程中包含的约束力,同时方程的数目也减少到与系统的自由度数相同,从而得到维数与系统自由度数相同的二阶标量微分方程组。最后仿真验证模型,并分析得到偏转弹头导弹的一些特点,即偏转弹头导弹具有控制效率高,机动过载大,响应速度快等优点,是一种有效的快速响应控制方式。研究表明对于像偏转弹头导弹这类刚体数目少、但自由度数目较多的多体系统,其动力学建模适合使用Schiehlen法。     

基于递归神经网络的控制力矩陀螺操纵律设计

利用递归神经网络对单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统操纵律进行动态求解,设计了一 种基于递归神经网络的SGCMG系统操纵律。通过选择适当参数可以使该网络渐近收敛到稳定 状态,从而使操纵律具有较小的操纵误差。该操纵律不用计算Jacobi矩阵的伪逆,因此避免 了Jacobi矩阵求逆所带来的一系列问题。对某SGCMG系统的仿真结果表明,上述操纵律是可 行的。     

可重复使用航天器系统的可靠性分析

重复使用技术是提高航天任务经济性的有效途经。针对可重复使用航天器系统的重复使用需求,对系统可重复使用次数及重复使用的可靠性进行评估,特别是更易于重复使用的电子类系统,基于数学模型法、元器件计数法等可靠性评估的经典方法建立了返回式航天器系统的可靠性模型,并以返回式卫星的电源分系统和回收、着陆分系统作为实例进行分析。研究了维修活动对可靠度的影响,建立了系统固有可靠性与维修后可靠性一体化的模型,建立了基于维修效果的系统重复使用次数评估模型,对系统的可重复使用次数进行了评估。并通过算例验证了模型的可靠性,分析了役龄因子、失效率等典型参数对系统可靠性的影响,计算了系统可重复使用次数达到50次以上的所需条件。     

航天器相对导航与控制技术的典型任务

在空间交会对接、在轨服务、近距离目标监视以及航天器编队飞行任务中,通常需要通过相对导航与控制技术对相互邻近的航天器进行控制.回顾了该领域典型的空间任务,特别关注任务、相对导航与控制方法、相对测量设备、推进系统等主要特征,并总结了该项技术的发展趋势.     

面向空间目标相对轨道确定的编队优化方法

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题,研究了在主航天器轨道运动受限时,通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先,介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法;之后,通过研究双视线测量下的空间目标定位误差变化规律,得到了减小定位误差的角度条件;然后,通过分析该角度条件和辅航天器相对轨道要素的关系,设计并采用遗传算法优化了辅航天器相对轨道;最后,数学仿真结果表明,设计的编队可保证目标相对位置估计误差收敛,优化后的编队可使目标相对位置估计误差减小至0.3 km且不超过1.2 km。     

载人航天器生活舱内湿度场的稳态数值模拟

研究载人航天器生活舱内部的湿度情况具有重要意义。由于生活舱设备外形和结构相当复杂,难以建模,因此按照速度梯度、湿度梯度较大的优先原则,合理选择简化舱体结构及舱内设备。采用基于有限元网格的控制容积法对计算区域离散,对离散方程组求解得出水汽质量浓度分布后,结合舱内温度场通过一定的转换关系最终得到了生活舱内部的湿度分布。数值分析结果表明生活舱内处于相对湿度较高的状态下,提示还需进一步采取措施以改善舱内湿度水平。     

航天器数据管理系统通用测试平台的设计

为加快航天器数据管理系统测试进度,设计和构建了航天器数据管理通用测试平台.该平台通过对被测对象的研究,实现测试方法、系统构架的标准化.在实际开发过程中充分考虑了系统软硬件的通用性,并引入了可移植性良好、基于LUA测试脚本的程序开发环境.经过简单补充与修改,该通用测试平台成为能快速构建满足多型号航天器数据管理系统测试需要的可重构测试平台.通过多个型号任务的检验表明:航天器数据管理通用测试平台可大大缩短测试周期,降低开发成本,运行稳定可靠,达到预期目的.     

软磁合金BYR1热处理工艺及磁性能研究

为了满足液体火箭发动机新型电磁阀更强环境适应能力和工作可靠性的要求,通过优化软磁合金BYR1的热处理制度来确保电磁阀工作的稳定性和可靠性.采用三因素三水平的正交试验对软磁合金的热处理制度进行优化,并对不同热处理制度下合金的磁性能和金相组织进行对比分析.结果表明:软磁合金BYR1的饱和磁感应强度值较稳定,基本不随退火温度和保温时间的变化而改变;而矫顽力对退火温度和保温时间较敏感,随着退火温度和保温时间的增加,矫顽力值有明显下降.合金组织的孪晶、晶粒度及析出相均对合金磁性能有一定的影响,孪晶数量越少、晶粒尺寸越大、晶内析出相越少,合金的磁性能越好.根据磁性能的试验结果得到了较优的热处理制度:1 200℃×360 min,至600℃后的冷却速度为150℃/h.     

航天器遥测信息传递通用接口设计

针对国内各航天器研制方与测控中心在遥测信息处理传递过程中面临的设计不统一、结构不规范、处理周期长、交互难度大等问题,采用分层模型的遥测参数处理方案,设计航天器遥测信息传递通用接口。参照空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)标准,实现航天器遥测信息由顶层至底层、从总体结构到单个元素的规范设计。首先,建立通用规范的航天器遥测信息分层表示模型,明确航天器各分系统的分支节点;其次,详细定义航天器遥测元素标记,包括属性、可选属性、下属元素等;最后,实现了遥测信息传递通用接口软件。设计验证结果表明:航天器遥测信息传递通用接口可实现遥测信息从航天器研制方到测控中心的无损传递,提高航天器设计制造、测控管理和应用效能。