中国航天器工程的成就与展望

中国航天器工程 40多年来经历了技术准备阶段、技术试验阶段和工程应用阶段 ,已形成了返回式遥感卫星系列 ,通信广播卫星系列 ,气象卫星系列和科学探测与技术试验卫星系列 ,而地球资源卫星系列和导航定位卫星系列也即将形成 ;至今中国已发射成功人造地球卫星 5 1颗 ,发射成功试验载人飞船 4艘 ,取得了举世瞩目的成就 ,为国民经济、国防建设、文化教育和科学研究作出了重大的贡献。进入 2 1世纪 ,根据中国航天近期和远期的发展目标 ,中国航天器工程将迎来新的辉煌     

航天器FPGA在系统局部重构容错设计研究

提出了一种新的FPGA在系统局部重构容错方法,可以较明显地削减容错配置数据量。阐述了新方法的原理及实现算法,分析了新方法的性能;为排除新方法实施过程中的障碍,提出了电路去耦的容错电路设计方法;运用新方法设计了深空探测遥控数据处理电路,并在Flash型FPGA演示了新方法的实施过程。     

航天器舷窗区域的热控设计和理论分析

结合舷窗的热设计原则,提出舷窗区域的热控设计方案。其中,重点对通过热管技术和高导热材料技术来实现等温化进行了说明,并分析了舷窗法兰框在不同传热方向上的等效导热系数。最后,对航天器舷窗区域在轨飞行的典型传热变化过程建立数学模型,并给出其简化的理论解。     

免疫遗传算法在百叶窗最优化热设计中的应用

考虑优化过程中辐射能量交换的特殊性,为了加速优化过程的进行,通过引入漫反射系统单元表面间辐射传递系数与角系数之间的关系来处理百叶窗的辐射能量交换;同时为了克服传统优化算法存在的缺陷,提出了一种免疫遗传算法,并且应用于百叶窗最优化热设计中。优化设计表明,与标准遗传算法相比,该优化算法具有较强收敛度与全局寻优能力,可以较好地用于最优化热设计中。     

质谱分析多系统航天器检漏研究

采用示漏气体初值和终值及样值循环比较测量 ,直接注入示漏气体到收集室标定多系统漏率 ,使标准气样离子流和终值离子流尽可能一致 ,避开四极质谱计测量的线性和长期重复性问题 ,研制了以 GAM50 0质谱系统为核心的多系统航天器检漏设备。分析了收集室密封性能和循环风量对检漏结果的影响、取样和质谱分析的物理过程。在大气环境下 ,最小可检漏率灵敏度达到 1 0 - 6Pa· m3/s。介绍了新型航天器多系统检漏的试验结果 ,提高了检漏的可靠性 ,大大地节约了检漏时间和费用。     

具有初始动量的空间机械臂零反作用轨迹跟踪

对具有初始动量的自由漂浮空间机械臂系统进行了研究,考虑其执行在轨任务时便已经具有的动量,根据系统的构型参数建立运动学模型,再采用拉格朗日第二类方程建立动力学模型。利用空间机械臂系统具有冗余自由度这一特性,推导运动学和动力学方程,得到了零反作用运动方程,消除了基座和机械臂之间的角速度耦合作用。末端运动轨迹用多项式插值函数来逼近,根据给定的机械臂末端初始和终止状态来规划其运动轨迹,并将机械臂末端的工作空间转换到关节空间中。根据已知的动力学模型,设计合适的比例-微分（PD）控制率。仿真结果表明,通过选择合适的增益反馈矩阵,机械臂末端能平稳地跟踪目标轨迹,同时,机械臂的运动不会对基座的姿态产生扰动,保证了基座姿态的稳定性及航天器的正常运行。     

航天器对接试验台主动对接环失重模拟技术研究

为航天器对接五自由度试验台研究了外装智能式失重模拟技术:外装机构对主动对接环从外部进行吊装,吊装点位于主动环质心,可实现主动环三轴自由转动,并能方便地实现与主动环的安装与分离;智能式重力平衡器能迅速地、高精度地提供失重模拟平衡力,并保证主动环的上下自由运动及二维平动运动。本文提供了一个设计实例,并作了动态响应仿真分析。设计的外装机构附加质量仅有3kg,附加惯量小于1 5kg·m2,装置动态响应时间小于5ms,各向失重模拟误差1～2%。     

基于过程神经网络的热平衡温度预测研究

为缩短航天器热平衡试验周期，以降低航天器研制成本，提出了一种基于过程神经网络的热平衡温度预测模型。为简化该模型的学习过程，提出了一种基于正交基函数展开的基本学习算法，利用基函数的正交性不仅可以简化模型中的时间累积运算过程，而且能提高模型对解决实际问题的适应性。同时，为增强模型的外推预测能力，在基本学习算法的基础上给出了一种基于新增样本的学习算法，使模型既能对新增样本进行快速学习又不损失对原有样本的记忆。实际应用表明，该预测模型能够利用某型号卫星热平衡试验中某监测点进入稳定工况后40小时内的试验数据提前42．5—68小时获得该监测点的极限热平衡温度。     

空间对接机构结构锁传动原理分析

针对异体同构周边式对接机构，提出了两种结构锁主动锁钩传动方案，分别对其运动原理及特点进行分析比较。数值仿真结果表明，在不同的电机驱动功率、作动时间和执行端行程等条件下，结构锁传动系统应采用不同传动方案。     

折叠状航天器太阳电池阵在轨热分析(Ⅰ)——计算模型

将太阳电池板蜂窝芯子、面板和硅电池片中发生的辐射－传导复合传热过程等效为一个无内热源的三维瞬态热传导问题。根据电池板的材料、尺寸及结构形态导出太阳电池板的三维等效导热系数。针对任意两相邻电池板表面间的热辐射交换规律，构造适用于这表面内节点温度的离散方程系数。研究折叠状态太阳电池阵边界节点的热特点时，仔细考虑了地球红外辐照、地球的太阳反照、太阳辐射加热、航天器舱体几何遮挡、深冷环境散热、飞行轨道高度及航天器在太阳－地球系中不同位置等造成的影响。利用本文给出的方程，可以求出展开前在轨折叠状太阳电池阵三瞬态不稳定温度场。