抗辐射模拟CMOS集成电路研究与设计

为研究宇宙辐射环境中航天器里的模拟互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)集成电路性能和各种效应,并在辐射效应所产生机制的基础上,从设计和工艺方面提出了模拟CMOS集成电路主要抗辐射加固设计方法.在宇宙环境中,卫星中的模拟CMOS集成电路存在CMOS半导体元器件阈值电压偏离、线性跨导减小、衬底的漏电流增加和转角1/f噪声幅值增加.所以提出了3种对模拟CMOS集成电路进行抗辐射加固的方法:1)抗辐射模拟CMOS集成电路的设计;2)抗辐射集成电路版图设计;3)单晶半导体硅膜(Silicon on Insulator,SOI)抗辐射工艺与加固设计.根据上面的设计方法研制了抗辐射加固模拟CMOS集成电路,可以取得较好的抗辐射效果.     

微小卫星的任务组织管理

为降低发射成本,小卫星发射以搭载和"一箭多星"为主要方式。2012年,全球"一箭五星"及以上的发射3次,共发射小卫星26颗,占年度发射小卫星数量的44.83%。微小卫星项目虽然在成本、技术复杂程度等方面无法与大型航天器项目相比,但涉及到"一箭多星"发射,整个任务的组织管理就是一个复杂问题,需要顶层设计、实施协调、监督管理以及工程支持等方面的综合能力。为此,各主要航天国家的政府部门在"一箭多星"任务组织管理方面发挥着主导作用,制定了专门支持微小卫星任务的组织管理机制,不但提供了更多发射机会,还通过有效的组织、管理和协调,推动整个任务的成功实施。     

一种改进的多目标粒子群优化算法

为了增强多目标粒子群优化算法的收敛性与多样性,提出一种改进的多目标粒子群算法.采用Kent映射对种群进行初始化,并将目标空间均匀划分为若干扇形区域;基于一种新的多样性和收敛性判定标准,选取合适的收敛性最优解和多样性最优解,并提出一种改进的粒子群更新公式进行全局搜索;采用聚类算法对外部种群与坐标轴夹角进行分析,维护外部种群.通过标准测试函数的仿真实验,与多目标优化算法基本MOPSO(Multi-objective Particle Swarm Optimization Algorithm)和NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithm II)进行对比,结果表明了该改进算法的有效性.     

多星敏感器测量最优姿态估计算法

多数利用星敏感器加陀螺组合的姿态确定方法中,由于星敏感器精度较高,使得系统定姿的精度比较高.然而,姿态确定的算法因观测模型和误差处理不当,导致滤波器观测修正能力下降,从而不能有效地估计陀螺的漂移误差.提出了基于星敏感器观测姿态角的误差建模,研究了多星敏感器组合的最优安装构型和观测融合方法.利用加权最小二乘法对观测数据的预处理,使观测方程定常化.再利用陀螺加星敏感器组合的扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filtering)对航天器姿态和陀螺漂移进行估计.仿真结果表明,提出的多星敏感器最优组合的滤波方法能够有效精确地估计卫星三轴姿态和陀螺漂移,且该方法计算量小,有利于卫星定姿系统的在轨自主运行.     

多变量模型参考自适应控制及在飞行控制中的应用

讨论了多变量模型参考自适应控制及其在飞行控制中的应用问题.针对相对阶任意的多输入多输出线性时不变系统,提出了一种模型参考自适应控制方案.基于SDU分解,仅要求高频增益矩阵的顺序主子式的符号已知,从而放宽了对高频增益矩阵的限制.通过构造合适的Lyapunov函数,证明了闭环系统的全局稳定性和跟踪误差的渐进收敛性.将所提方案应用到了飞行控制系统,仿真结果验证了所提方案的有效性.     

氧化物涂层对航天器材料原子氧剥蚀的防护

采用磁控溅射方法在航天器常用材料聚酰亚胺(Kapton)表面沉积无机氧化物涂层(TiO₂和SiO₂),来提高材料的抗原子氧剥蚀性能.通过选择试验材料和参数,优化了沉积涂层的工艺,以克服容易产生裂纹的缺点.对材料进行了原子氧效应地面模拟试验,结果表明,在Kapton上沉积涂层后,质量损失下降了2个数量级.另外,有涂层的Kapton表面基本没有变化并且没有出现裂纹.其中,TiO₂由于热膨胀系数更接近Kapton,比SiO₂的防护效果更好.     

厘米-分米波段Ⅲ型爆发的统计分析

统计分析了太阳第23周期间(2000年7月至2004年9月)在625~1500,MHz,2600~3800,MHz和5200~7600,MHz范围频谱仪观测到的Ⅲ型射电爆发. 给出了Ⅲ型爆发的分布、寿命、频率漂移率、偏振度和频率带宽. 结果显示, 频率漂移率和频率带宽的平均值随频率的增加而增大, 寿命和偏振度的平均值既不是常数也不是在宽频延伸上保持均匀不变的.最多的Ⅲ型爆发分布在625~3800,MHz范围内, 且随频率的增加而增多. 分析表明, 电子加速和能量释放地点主要是在分米波范围内, 这个频率范围的特征可能与分米波段上的磁位形有关, 并且与主耀斑地点附近磁重联区中的电子加速有关. 然而, 还有相当数量的Ⅲ型爆发发生在5200~7600,MHz范围内, 这个特征表明电子加速的地点是在一个日冕的宽范围中. 关于厘米relax-relax 分米波段Ⅲ型爆发的辐射机制最可能包含相干的等离子体辐射或电子回旋脉泽辐射过程.      

航天器嵌入式操作系统研究与设计

随着航天器结构和功能的复杂化,对作为系统资源管理者的操作系统的功能和可靠性等要求也日益增强.分析嵌入式实时操作系统在国内外航天领域的研究与应用现状,提出面向航天器应用特点的具有多任务管理、内存管理、文件系统、容错和故障管理等功能的高可靠、高性能的嵌入式实时操作系统的研究与设计方案,并展望其在未来网络化及分布式安全航天器中的发展前景.     

载人航天为什么这样难?

宇宙奥秘有多少?太空生活有多神奇?这恐怕仅限于您的想象。在中国人探索太空步伐越来越快之际,经中国宇航出版社授权,本刊特摘登最新出版的《中国载人航天科普丛书》部分精华,并通过和最新科技图片编排,为您演绎航天科普知识问答。欢迎各位读者踊跃提问,更欢迎补充和完善答案。     

对接口匹配的航天器双主动最优交会研究

研究了两航天器协同轨道机动（双主动）完成近距离交会任务的最优控制问题。在考虑航天器姿态变化、对接口位置及路径约束的情况下,构建了完整的6自由度、26状态的双主动最优交会数学模型。利用高斯伪谱法分别将燃料总消耗最少和交会时间最短两种最优问题离散为大型非线性规划问题,而后应用SNOPT软件包进行了求解。在此基础上通过大量数值计算分析总结了不同初始参数对最小燃料消耗和最短交会时间的影响规律,并与主被动交会形式进行了对比。结果表明,当两航天器质量接近时,双主动交会通常可明显减少燃料消耗,或缩短交会时间;而当质量差距较大时,双主动最优交会逐渐退化为主被动最优交会。