空间站应用的发展及存在问题

简要介绍了国外载人空间站应用的发展和"国际空间站"应用的现状,重点总结和分析空间站应用面临的挑战性问题,包括应用人时不足,建设进度推迟,有效载荷配置不到位,运输能力不够,供电欠缺,设备和器材无序安装与存放,缺少合理建造与应用的综合规划和协调程序,以及潜在的设备故障与人为失误,同时,给出了解决这些问题的思路和途径。     

Upwards migration phenomenon on molten lunar regolith: New challenges and prospects for ISRU

As part of our research on the feasibility of producing commodities from lunar regolith by thermal-driven processes with minimal terrestrial precursors we need to characterize, reproduce, and understand thermophysical properties of the molten regolith still unforeseen under the lunar vacuum conditions at a scalable sample size. Two unanticipated phenomena, apparently caused by lunar melt’s surface tension under vacuum, have been revealed in our research work, vacuum void formation and upwards migration. In this paper we present our findings and thinkable explanation on the upwards migration phenomenon experimentally observed and consistently replicated as JSC-1A lunar regolith simulant melted at high vacuum. Upwards migration of molten lunar regolith will make future lunar ISRU’s melting processes both challenging as molten bulk material would migrate upwards along the container’s walls, and also promising on new opportunities for alternative ISRU’s sustainable processes as regolith’s upwards migration takes place in uniformed thin-film pattern. Among the potential ISRU’s processes that might use controlled thermal thin-film-based migration without the necessity of terrestrial precursors are production of feedstock for 3D printing, fractional separation of regolith’s component’s (O₂, metals, and alloys) via pyrolysis, film coating, purification of valuables solid crystals including silicon, and fabrication of key elements for microfluidic, and MEMS devices. Thermal upwards migration phenomenon on JSC-1A’s melt is formulated and explained by the authors as due to thermal Marangoni effect (also known as thermo-capillarity) in which temperature gradients within the melt’s bulk and along the crucible’s wall yield the surface tension large enough to supersede the gravitational force and yield the experimentally observed upwards thin-film migration. As far as the authors know, upwards thermal migration of molten JSC-1A (or other lunar simulant regolith) under vacuum has not been reported in the literature. A thermal mathematical model accounting for thermal Marangoni effect on molten JSC-1A agrees with what experimentally was observed, the formation of the meniscus on the melt-wall surface interface along with an incipient upwards migration in thin-film pattern along the crucible wall that, according to the model, experiences large temperature gradient, an important factor to trigger the thermal Marangoni effect along with the fact that surface tension of the molten lunar regolith material is temperature dependent.     

一种通信卫星天线性能预测技术

针对通信卫星天线性能预测问题,提出了采用几何绕射理论(GTD)算法进行仿真分析,利用仿真分析软件,计算了无星体和有星体影响情况下的通信卫星天线性能,通过优化天线布局参数改善了天线间的耦合度。结果表明,该方法可实际应用于优化通信卫星天线设计,达到提前预示整星条件下天线性能的效果,提前规避天线受到星体影响后性能变化较大的风险。     

基于遗传算法的卫星载荷舱最大偏心力矩计算

在计算卫星载荷舱最大偏心力矩时, 若只考虑位于载荷舱保持架转轴上部的设备产生的偏心力矩, 则在某些特殊情况下得到的并不是最大偏心力矩。文章综合考虑载荷舱设备安装实际情况, 采用遗传算法来确定最大偏心力矩, 并通过实例计算表明:利用遗传算法寻优的方式, 能够得到更准确的最大偏心力矩, 避免欠设计的隐患。     

“实践九号”A卫星光学遥感图像杂散光噪声去除

杂散光是影响卫星光学遥感图像像质的重要因素,严重时会在图像上形成明暗的杂散光条纹噪声,降低图像的对比度和清晰度。文章针对“实践九号”A（SJ-9A）卫星光学遥感图像存在的杂散光噪声现象,设计了一种基于成像载荷焦面入射杂散光空间分布特征的遥感图像杂散光条纹噪声去除方法,通过测量杂散光在推扫遥感图像上的空间分布特征,建立杂散光分布特征模型,采用分块自适应算法进行杂散光噪声滤波,消除SJ-9A遥感图像上随时空变化的杂散光条纹噪声。杂散光噪声去除后图像整体色调均匀,无条带噪声,满足CCD/TDI-CCD推扫遥感图像辐射校正精度（广义噪声）优于5%的指标要求。     

偏流角对品字形拼接探测器成像的影响

遥感卫星成像时,由于地球运动方向与飞行器运动方向之间存在偏流角,使得卫星存在横向像移速度,造成像移,从而影响遥感图像的品质。文章针对采用品字形拼接的探测器进行了分析,给出了其成像模式;根据偏流角的产生机制和计算方法,分析了偏流角对其成像的影响;并根据偏流角随纬度变化的具体形式,给出了不同纬度下偏流角的影响情况;结合太阳同步轨道的具体实例,提出了在符合谱段配准精度的要求下,偏流角控制的偏差范围;并对偏流角控制存在偏差时,给出了地面水平偏移量大小以及为满足配准精度要求的谱段间隔距离。     

卫星三端口DC-DC变换器技术综述

三端口DC-DC变换器可以同时将太阳电池阵和蓄电池组的功率统一变换到负载端。从外部端口看,电源控制器可以看作一个双输入、单输出的三端口DC-DC变换器,同时实现太阳电池阵调节、蓄电池组充放电控制,并保持负载端电压稳定。文章从三端口DC-DC变换器的拓扑结构、控制方法等方面进行调研,分析不同三端口DC-DC变换器的设计原理和特点,对其关键技术和适用性加以总结,提出电源控制器优化设计建议,可为实现卫星电源系统高功率密度、低成本设计提供参考。     

转动载荷对卫星姿态的影响与控制研究

研究带有转动载荷和挠性附件的卫星姿态控制问题.基于具有广义坐标形式的牛顿 欧拉方法建立了卫星姿态动力学模型和转动载荷力矩模型,研究载荷产生的动不平衡力矩和静不平衡力矩的机理和特点.分析载荷干扰对卫星姿态的影响特性,给出基于传递函数进行拉氏变换以估算姿态抖动量的方法.分析卫星姿态控制系统设计干扰补偿控制器的条件,给出了控制器的工程设计方法.验证结果表明该方法有效且能提高卫星姿态精度.     

基于触发角定时控制的异步电机软起动控制器设计

针对起重设备专用三相异步电机的直接起动问题,分析了异步电机的T型等效电路,阐述了晶闸管调压电路的工作原理,提出了一种基于触发角定时控制的异步电机软起动方法。基于MATLAB/Simulink搭建了相应的系统仿真模型,进行了提出方法的仿真分析,验证了所提方法的正确性。最后,基于单片机设计了相应的软起动器的软硬件,进行了试验测试。结果表明提出的方法可以有效地实现三相异步电机的平滑起动,起动电流较小,有效地减少了起动过程对电机和电网的影响。     

基于Busemann双翼的三维高超声速机翼研究

为研究Busemann双翼翼型在高超声速机翼上的应用,构建了一种基于Busemann双翼翼型的高超声速机翼,研究其在高超声速流动中的气动特性和温度对其前6阶模态固有频率的影响。针对高超声速流动的复杂性和高超声速机翼涉及学科的多样性,首先从理论上证明高超声速Busemann双翼能够提高升阻比,然后通过数值模拟研究了Busemann双翼在高超声速流动中的气动特性,及其增升减阻和减小翼尖涡的机理,并使用分层理论简化高超声速机翼所涉及学科之间的复杂耦合关系,研究了温度对高超声速Busemann双翼模态的影响。结果表明：在高超声速流动中,Busemann双翼能够显著提高升阻比并减小翼尖涡的强度,相对于菱形单翼,Busemann双翼的升力系数增加了28.95%,阻力系数增大了13.58%,升阻比提高了13.53%,升阻比提高较为明显;同时,在1 300℃时,相对于菱形单翼的一阶固有频率,Busemann双翼的一阶固有频率提高了99.8%,说明Busemann双翼具有更好的抗弯能力;相对于在20℃时的一阶固有频率,Busemann双翼在1 300℃时的一阶固有频率下降了34.2%,说明不能忽略高温对Busemann双翼结构性能的影响。