关于航天器产品研制试验的思考

研制试验是航天器产品3大类试验之一,是提高产品固有可靠性的重要手段。随着对航天器产品在轨可靠、稳定运行要求的不断提升,研制试验的重要性进一步凸显。但是由于认识上的不足,使得研制试验在实际执行过程中存在一些偏差。文章结合航天器产品研制试验的现状和需求,对与研制试验相关的几个概念进行解读,对研制试验存在的问题进行分析,并利用典型案例说明研制试验在提高产品固有可靠性方面的独特作用,以期为正确认识航天器产品研制试验,并合理策划、有效开展研制试验提供借鉴。     

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。     

一种载人航天器气压控制系统仿真模型

为支持航天员在轨驻留,载人航天器须利用气压控制系统将密封舱内的氧分压和总压控制在指标范围内。为分析气压控制系统的工作性能,文章提出了一种气压控制系统仿真模型,利用关键参数和主要特性描述公式对气压控制系统的主要要素进行定义,形成了密封舱、航天员、供氧组件、供氮组件、舱体漏孔等的数学模型,并定义了要素之间的接口关系。将正常模式和舱体泄漏模式下的仿真模型计算结果与载人航天器相关地面试验数据进行对比,证明了仿真模型的正确性。最后,利用仿真模型分析了舱体容积和漏孔通径大小对密封舱氧分压和总压变化趋势的影响。     

采用卫星中继克服航天器再入通信黑障的途径

在简述载人航天器再入过程、等离子鞘套特点和中继传输原理的基础上,分析了采用卫星中继克服再入通信黑障的具体途径。考虑到必须采用较高工作频率(Ka频段)的一次中继方法存在一定局限性,提出了一种采用二次中继的新方法,它可以将再入通信的工作频率向低扩展到多数载人航天器在轨常用的S频段。文章讨论了这两种方法的优缺点,论述了实施它们对中继站和再入航天器的主要要求,并就影响其效果和航天器设计的重要因素进行了分析。链路计算结果表明:两种方法都可满足传输需求,从总体上考虑二次中继方法更好一些。考虑到我国空间基础设施和相关技术背景条件,在近期内卫星中继将是解决再入通信黑障问题可实现的技术途径。     

基于自主规划的载人航天器飞行程序设计

针对航天器飞控任务中因飞行程序的准确、实时需求,对地面人力、物力和测控资源强依赖的现状,提出基于自主规划的载人航天器飞行程序设计方法,并设计了飞行程序自主规划系统。自主规划系统由测控覆盖计算模块、知识配置模块和规划调度模块组成,测控覆盖计算模块自主生成进出测控区的程序,知识配置模块对指令约束条件等航天器模型进行描述,规划调度模块以约束条件传递的方式规划任务程序,实现不依赖地面的自主飞行程序设计。通过建立自主规划系统与控制等分系统之间的信息交互,可有效解决飞行程序与控制的协同问题,并实现不依赖于测控资源的紧急故障处理。     

MBD技术在航天器研制中的应用探讨

概述了基于模型的定义(Model-based Definition,MBD)技术的研究和发展,分析了以MBD为载体的特征演化过程,作为航天器设计-制造一体化协同实现的基础。从MBD在航天器研制中的应用需求出发,构建了MBD协同平台框架,探讨了MBD模型成熟度管理的协同设计方法,提出了应用MBD研制模式所面临的技术、管理等问题,并给出了相应的建议。     

电磁航天器编队动力学建模与运动规划方法

基于电磁航天器作用原理,利用拉格朗日方法,建立电磁航天器“绳系”动力学模型.基于偏差线性化动力学模型,以切向、径向编队为例,分析编队构型保持稳定性,设计构型保持控制律;将双星电磁航天器编队(EMFF,Electromagnetic Formation Flight)重构运动规划问题转化为标准优化问题,利用高斯伪谱优化方法进行求解.并提出序列控制策略,将该双星模型扩展应用于多星电磁编队构型重构问题,转化为多阶段运动规划问题利用多阶段优化方法进行求解.仿真结果表明本文的动力学建模方法和控制方法是可行的.      

空间核能源应用的安全性设计、分析和评价

针对核动力航天器应用中的安全性问题,调研了国际上涉及空间核安全的规章制度,并结合美国和俄罗斯在空间核安全设计、分析、评价等方面的成功经验和做法,提炼出了在空间核安全设计、管理等方面的有关要点,可以用于指导国内空间核动力航天器的研发和应用。     

液体多模态晃动充液航天器姿态机动复合控制

主要研究多模态液体晃动时充液航天器大角度姿态机动动力学与控制问题。采用液体晃动弹簧质量等效力学模型将液体燃料前两阶液体晃动模态纳入到充液航天器耦合动力学模型中;根据动量矩守恒定律推导出充液航天器耦合系统动力学方程。针对充液航天器大角度姿态机动同时抑制燃料晃动的问题,采用自适应动态输出反馈的姿态控制方法并结合基于前馈控制的多模态ZVD输入成型器设计复合控制器。通过数值模拟给出了液体晃动响应及航天器姿态机动的时间历程图,数值仿真结果表明了本文所给出复合控制方法的有效性。     

大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析

采用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法对大型航天器离轨再入陨落过程中,其太阳翼帆板在稀薄过渡流域的气动力、气动热特性进行数值模拟,计算中采用流场直角与表面三角形非结构混合网格以及网格自适应技术处理这类复杂外形的流动模拟,考虑内能激发和化学反应来准确模拟气动加热,并基于MPI环境的并行算法解决计算量庞大的难题。通过计算分析太阳翼水平和垂直放置时在不同高度、不同攻角下的复杂流动特征,表明在90km以上高空,太阳翼垂直放置时,飞行器头部脱体激波与帆板脱体激波会产生更强烈、更复杂的激波/激波和激波/边界层的干扰,在气动力和气动热的双重作用下要比水平放置时的太阳翼更快地被撕裂并脱离目标航天器。