微小航天器单相流体回路自主热控地面实验研究

单相流体回路是解决微小航天器热控问题的一种重要手段,但是由于其内热源功率密度高、轨道热环境变化复杂,要求其具有高度自适应控制能力。为满足开展微小航天器单相流体回路自主热控研究的需要,提出了一种单相流体回路核心部件-微机械泵的PWM控制策略及实现算法,设计并搭建了其地面等效模拟实验装置,实现了该单相流体回路包括微机械泵驱动电压-压差输入输出关系、热源载荷变化及微机械泵转速变化的开环动态特性实验研究,并在此基础上完成了所提出的单相流体回路自主控制方法控制效果的地面等效模拟实验研究,达到±0.5℃以内的自主控温效果。该控制策略除了可以实现高精度自主控温以外,由于机械泵功耗基本上与热载荷成正比,还可以减少热控系统运行能耗,因而在能量供应有限的微小航天器上具有广阔应用前景。     

航天器可恢复式过流保护技术研究

分析了可恢复式反时限保护和恒流限流保护的原理,推导了基于真空环境下电缆温度升高模型的反时限保护方程,并用Matlab软件仿真分析了反时限保护过程中母线电压的瞬态跌落过程。针对恒流限流保护,设计了一种改进电路。Saber软件仿真表明,该电路可将电流超调量限制在20％以内。对多种过流保护手段的优缺点进行了总结,提出了一种包含反时限保护和基于MOSFET特性的恒流限流保护的航天器可恢复式过流保护系统框图。     

基于弱相关界限理论的大型振动试验设备台体系统可靠性分析

航天器振动试验台部分元件在长时间使用的情况下易老化,甚至失效。采用FMEA方法对试验台整体定性分析,得出最薄弱环节;针对试验台中水平滑台的可靠性串联模型,分析并确定了其符合弱相关界限理论。使用传统可靠性公式和弱相关界限理论对串联模型的可靠性进行了计算,通过对比证实,弱相关界限理论比传统可靠性公式更符合实际情况,对水平滑台可靠度的评定更有效。该方法对机械系统可靠度计算具有理论和实际指导意义。     

基于“嫦娥三号”放射性载荷的总装防护设计与实施

“嫦娥三号”月球探测器安装有放射性载荷,因此需要在总装过程中进行有针对性的防护,以尽量降低操作人员可能受到的辐射危害。文章在分析各工作平台辐射剂量率的基础上,结合一般防护方法,提出了基于操作时间控制、操作距离限定以及屏蔽防护选择3项基本控制要素的核辐射环境中的操作防护设计方案。经地面模拟演练的验证及塔架上最终实施结果比对,证明防护方案设计合理可行,操作人员受到的累积辐射剂量处于预期值范围内的较低水平。     

载人航天某装置人机交互式结构优化设计

为了解决复杂结构在动力学响应约束下优化的难题,综合人工以及计算机在复杂结构优化中的优点,提出一种人机交互式优化方法用于载人航天某复杂装置的优化设计。经过结构优化后的装置,在质量保持基本不变的情况下一阶振动频率提升41.1%,正弦试验条件下关心节点的最大加速度响应值减小24.3%,优化效果明显,满足优化设计要求,验证了该优化设计方法的可行、有效。     

航天器碰撞解体碎片分析软件SFA2.0及其应用

为了实现对航天器在轨解体事件及其碎片分布特性的快速分析,中国空气动力研究与发展中心(CARDC)开发了SFA(Spacecraft Fragmentation Analysis)软件。该软件主要基于CSBM航天器解体模型开发形成,同时集成了NASA的标准解体模型。SFA软件具有解体程度分析、解体碎片生成、碎片分布统计等功能,并可以实时显示计算结果、绘制统计曲线。文章着重介绍了SFA软件2.0版的功能模块、主要算法、界面及使用方法等,并针对Iridium 33-Cosmos 2251碰撞、Solwind P78航天器解体等在轨事件进行了分析。     

基于系统工程的载人航天器人机界面总体设计方法

针对目前载人航天器人机界面任务需求分析不全面、总体设计不充分的问题,提出了一种基于系统工程的载人航天器人机界面总体设计方法。以一个载人航天器人机界面设计为例证明了该方法的合理性和有效性。应用结果表明:使用该方法能提高设计效率,减少设计过程反复,使人机界面设计更加合理、更趋于完善。     

航天器表面瞬态测温用薄膜热电偶的研制

根据航天器表面测温的需要,研制了一种K型(NiCr-NiSi)薄膜热电偶。该型热电偶采用射频磁控溅射技术在针型高温陶瓷基体上制备薄膜热电偶,其热电偶结点厚度为微米级,能够与航天器表面有效贴合,实现航天器表面的瞬态高温测量。通过物理试验验证,该型薄膜热电偶测量最高温度能够达到800℃,测量相对误差在±0.5%以内,满足返回式航天器表面高温的瞬态测温需求。     

大型低轨航天器与星座卫星的碰撞风险研究

针对商业小卫星星座迅猛发展对航天器飞行安全造成潜在威胁的问题,以600 km高度星座和大型低轨航天器为研究对象,通过区域方法(BOX)和碰撞概率风险评估方法,分析了星座与大型低轨航天器的碰撞风险。根据星座轨道演化分析表明,整个星座卫星与大型低轨航天器可能发生碰撞的时间相对集中,持续时间约 1~ 2年。BOX方法计算结果表明,每颗卫星与大型低轨航天器交会,并进入红色预警门限的交会次数约10次左右。碰撞概率计算结果表明,约有5%的卫星进入红色预警门限,星座如果在寿命末期采取无控再入将对大型低轨航天器在1~2年内产生较大的威胁。     

圆轨道欠驱动航天器编队重构脉冲控制

针对圆轨道径向或迹向欠驱动航天器编队重构控制问题,提出了欠驱动脉冲控制方法。首先,基于圆轨道欠驱动航天器相对运动动力学模型,分析了两类欠驱动条件下的系统可控性和重构可行性。然后,解析推导了两类欠驱动条件下实现重构所需的最少脉冲次数以及对应的速度增量消耗。最后,设计数值仿真算例,验证了本文提出的欠驱动脉冲控制方法的正确性。仿真结果表明:径向和迹向欠驱动条件下均可实现圆轨道编队重构。与全驱动控制方法相比,欠驱动控制方法可有效避免由推力器故障引起的重构任务失效,故而提高了控制系统的灵活性与可靠性。