空间太阳能电站及其对微波无线能量传输技术的需求

1968年由Peter Glaser博士提出的空间太阳能电站(SPS)概念作为未来最有前景的能源方式之一,正在获得更多的关注。世界上已经提出许多的发展计划,并且已经研究了几十个典型的空间太阳能电站概念。无线能量传输是空间太阳能电站概念的基础,是决定空间太阳能电站效率、尺寸、重量的重要影响因素之一。同时,空间太阳能电站也是无线能量传输技术的最重要的应用方向。文章在空间太阳能电站的发展背景和典型概念方案介绍的基础上,分析了空间太阳能电站对于微波无线能量传输技术的需求,提出未来的发展建议。     

空间微波能量传输发射天线自适应幅相校准方法

在微波能量传输等系统中,需要使发射天线波束精确对准接收单元,且收发两端的相对位置会发生变化,现有的幅相校准算法需要参考信道的信息或者需要控制各路器件的开关,均会占用正常工作时间,无法在正常工作时进行跟踪校准。为了对各路幅相误差进行跟踪校准且减小对系统正常工作时间的占用,文章提出了一种发射天线幅相校准方法,首先通过导引信号确定接收端位置,并使发射波束自适应的对准接收端,然后在目标位置处接收正交编码信号计算各路信号的幅度相位信息并与理论预设值比较得到校准因子反馈到合成输入端进行校准。     

设计工况下反弯叶栅出口流场的实验研究

采用五孔探针对常规直叶栅、正弯叶栅及反弯叶栅的出口流场进行了详细实验研究,结果表明反弯叶片能够减少叶片两端负荷,从而改善了两端壁区域的流动,采用反弯叶片可有效地减少叶栅中流动损失,提高叶栅流通能力,因此反弯叶片可望用于改善压气机的流动性能。     

利用能量/动量飞轮的偏置动量姿态控制系统

研究偏置动量姿态控制系统中的集成能量与姿态控制问题。利用一对正 反转飞轮提供偏置角动量并同时储 /放能以满足星载设备的能源需求。滚动 /偏航运动由俯仰轴磁矩控制。设计了力矩形式的飞轮的控制律 ,使之提供期望的俯仰控制力矩 ,并以给定的功率储 /放能。保持两只飞轮正 反转可以完全避免飞轮控制律中的系统奇异。提出了利用动能反馈的飞轮储能功率规划方案 ,以使系统维持能量平衡 ,避免由于能量过剩引起的飞轮饱和。飞轮的最小转动惯量受最大偏置角动量和最小能量的限制 ,结合几何方法对这种限制条件进行了分析。数值仿真结果证明了控制方案的有效性。     

移位损伤剂量模型及其应用

首先描述了移位损伤的机理及其影响器件性能的机制,引入了适合航天器工程抗辐射加固设计使用的移位损伤剂量模型,探讨了其在CCD器件电荷传输效率CTE,Si器件平均暗电流以太阳电池阵输出功率等工程参数衰降中的应用,介绍了建立的基于移位损伤剂量模型的空间环境中CCD器件CTE衰降预测模式,其结果与欧空局空间环境信息系统的计算结果相吻合．该程序在光电器件抗辐射加固设计中具有重要的应用价值．     

基于可重构寄生阵列的封闭空间微波能量传输

针对航天器内部空间等封闭环境下电磁波的多径传播特性和阵列天线单元间的耦合效应,本文研究采用寄生阵列,通过控制寄生阵列单元负载的电抗实现高效率微波无线能量传输的方法。通过多端口微波网络建模,分析了寄生阵列天线方案相较于传统相控阵天线方案的能量传输性能和效率最大化机理。设计实现了基于射频开关切换的可调反射负载,并在此基础上形成了寄生阵列反射负载自动控制系统和传输效率优化程序。基于该系统和程序,在1m 边长立方体的金属边界封闭空间实验环境下,测试了不同单元数可重构寄生阵列无线能量传输的性能和快速优化方法。测量结果表明增加寄生天线单元数目能够显著提高能量传输效率,从而提供了可重构寄生阵列传能技术实用化的一种有效途径。     

含锆或氢化锆推进剂的能量特性分析

通过CEA软件,研究了Zr粉和Zr H2粉含量、压强及HTPB含量等对含锆或氢化锆推进剂的比冲、密度比冲和燃烧室温度等能量特性的影响。计算结果表明,随着Zr粉、Zr H2粉和Zr/Zr H2混合物含量增加,推进剂比冲下降,但密度比冲呈现先增后减的趋势,含Zr推进剂燃烧室温度先增后减,而含Zr H2推进剂燃烧室温度持续下降;相比于含Al推进剂,密度比冲是含锆或氢化锆推进剂一个显著优势;随着压强增大,能量特性参数均呈现增大趋势;随着HTPB含量减小,推进剂能量特性参数均增大。     

脉冲能量沉积对超声速射流/激波相互作用掺混的控制研究

为探究超声速射流掺混增强的有效控制方法,基于二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程,研究了脉冲能量沉积对超声速射流与斜激波相互作用后增强掺混的控制机理和规律。宽度为5 mm的低密度平面射流同向完全膨胀射入马赫数为2.5的主流中,并与20°压缩斜面所产生的斜激波相互作用。在流场中引入脉冲能量沉积对射流掺混进行控制,并考虑射流马赫数、射流长度、能量沉积位置及激励频率对掺混效果的影响。对比激励流场与基础流场,结果表明:脉冲能量沉积的加入诱导射流形成大尺度涡结构,显著提高射流的掺混效果;能量沉积位置对于不同马赫数射流的掺混增强具有不同的控制效果;激励前后射流宽度的对比表明,脉冲能量沉积的无量纲激励频率在0.22附近时,可使得射流的掺混效果最佳。     

雷暴电场对LHAASO探测面宇宙线次级粒子能量的影响

采用Monte Carlo方法,通过模拟研究了不同强度雷暴电场对LHAASO探测面宇宙线次级电子能量的影响.在电场作用下,电子的能量分布发生了变化.在低能段总电子数目增加明显,而在高能段电场的影响不明显.当电场强度为1700V·cm-1（大于逃逸电场）时,能量<120MeV的电子被加速,能量<60MeV的总电子数目呈指数增长（增幅高达约2252%）,雷暴电场对次级粒子的加速机制与相对论电子逃逸雪崩机制（RREA）相符.当电场强度为1000V·cm-1（小于逃逸电场）时,能量<70MeV的电子被加速,其数目明显增加,但是增幅（约86%）远小于逃逸电场时的幅度.对电场强度小于逃逸电场时的雷暴电场加速宇宙线次级粒子的物理机制进行了讨论.研究结果可为理解LHAASO实验数据特点以及研究雷暴期间宇宙线强度的变化等提供参考.      

空间涡轮发电系统设计及性能特性仿真分析

为解决空间飞行器应急发电问题,利用空间飞行器携带的推进剂为能量源,设计了一套空间涡轮发电系统,建立了稳态及启动过程的数学模型,对系统的稳态和启动特性进行了仿真分析。结果表明：空间涡轮系统可以利用推进剂实现高功率发电,系统可以启动和稳定运行;系统在设计点稳定运行时,推进剂流量为2.1 g/s,燃气发生器室压为1.3 MPa,燃气发生器出口温度为1200 K,输出电功率达到1500 W;当系统运行参数发生扰动偏离设计点时,系统性能会相应变化,混合比不变且氧化剂贮箱增压压力大于设计点0.5 MPa时,涡轮输出功率变为设计值的1.64倍;系统启动过程仿真得到的性能参数和稳态设计值相对误差小于2%,验证了系统设计的合理性。