离子推力器栅极系统电子反流阈值的数值分析

阻止束流等离子体中电子反流到加速栅上游区域是离子推力器加速栅负电压的主要作用之一,能够阻止电子反流的加速栅电压最小值称为电子反流阈值。加速栅电压的选择直接影响到离子推力器的工作性能和运行寿命,电子反流阈值电压是确定加速栅电压的重要参考参数。基于PIC方法计算了20cm氙离子推力器加速栅电子反流阈值,并分析了加速栅孔径、栅间距、单孔引出束流电流大小对加速栅电子反流阈值电压的影响,计算结果与试验测量值符合较好。该数值模型为加速栅参数的选择和降低电子反流失效风险方法提供了参考,为下一步电子反流现象对加速栅寿命的预测分析奠定了基础。     

基于CAN总线的六自由度电动平台状态监测

由于CAN总线具有突出的实时性、可靠性以及灵活性等优点,将其应用于六自由度电动平台的控制系统中,对驱动器及交流伺服电机的运行状态进行监测。采用NI公司的PXI 8152高速CAN卡与6个驱动器之间进行通讯,并且基于LabVIEW的NI-XNET软件模块编制了状态监测软件和故障保护软件,实现了驱动器和交流伺服电机的状态监测以及系统发生故障时的安全保护。实验结果表明,基于CAN总线的六自由度电动平台状态监测系统易于实现,实时性好,抗干扰性强,并且运行稳定、可靠。     

使用电场传感器阵列的水下运动目标检测与参数估计

研究了基于电场传感器阵列的水下运动目标检测与参数估计方法。在背景噪声为高斯白噪声和目标作匀速直线运动的假设下,利用电场传感器阵列获取的船舶水下准静态电场空时特征,通过广义似然比检测和随机搜索寻优算法,可实现对海水中运动船舶的目标检测和参数估计。仿真试验结果表明:在信噪比大于0 dB时能够取得较好的估计精度;在信噪比低至10 dB时仍能有效检测目标。     

脉冲等离子体推力器电磁加速机理数值研究

为了对脉冲等离子体电磁加速机理有清晰的认识,为后续推力器性能的优化和产品的小型化提供理论基础,需要对脉冲等离子体推力器的特性进行数值研究。利用包含电容、电感、平行板电极、等离子体的一维集成电路模型,开展了脉冲等离子体推力器的数值模拟研究。通过改变初始放电电压和电极间距的大小,系统地研究了脉冲等离子体推力器的初始放电电压、电极间距对推力器电磁加速的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,推力器的推力、比冲、元冲量,以及等离子体的密度、温度随推力器初始放电电压的增加而增加;同样,增加电极间距也能够提高推力器的推力、比冲;然而,电极间的阻抗会随电极间距的增加而增加,导致推力器的点火难度也随之增加,因此脉冲等离子体的电极间距存在一个最优值。     

溅射靶对离子推力器的热辐射影响研究

为了研究真空环境设备内溅射靶温度升高后对30 cm离子推力器的热辐射影响,采用有限元分析的方法,首先对真空舱内的离子推力器羽流分布进行了模拟,在获得羽流对溅射靶造成的温度变化后,进一步分析了溅射靶温度升高对离子推力器温度以及栅极热形变位移所造成的影响.仿真结果显示,推力器羽流可采用定向分子流模型进行描述,羽流在真空舱内...     

半球谐振陀螺调平技术发展综述

半球谐振陀螺是一种新型的固态波动陀螺,具有精度高、体积小、寿命长、功耗低等优点。谐振子的品质因数高低和不平衡质量大小直接决定了半球谐振陀螺的性能,因此,不平衡质量的辨识和调平是提高谐振陀螺性能的关键。首先,介绍了六种不同的刚性轴方位和不平衡质量辨识方法和系统,分析对比了每种方法的优缺点;其次,对谐振子的调平理论进行了归纳,进而对机械调平、化学调平、激光调平和离子束调平的研究现状和特点进行了梳理和归纳;最后对半球谐振陀螺调平技术的发展作了简要评述。     

Systems design of a hybrid sail pole-sitter

This paper presents the preliminary systems design of a pole-sitter. This is a spacecraft that hovers over an Earth pole, creating a platform for full hemispheric observation of the polar regions, as well as direct-link telecommunications. To provide the necessary thrust, a hybrid propulsion system combines a solar sail with a more mature solar electric propulsion (SEP) thruster. Previous work by the authors showed that the combination of the two allows lower propellant mass fractions, at the cost of increased system complexity. This paper compares the pure SEP spacecraft with the hybrid spacecraft in terms of the launch mass necessary to deliver a certain payload for a given mission duration. A mass budget is proposed, and the conditions investigated under which the hybrid sail saves on the initial spacecraft initial mass. It is found that the hybrid spacecraft with near- to mid-term sail technology has a lower initial mass than the SEP case if the mission duration is 7 years or more, with greater benefits for longer duration missions. The hybrid spacecraft with far-term sail technology outperforms the pure SEP case even for short missions.     

电动加载系统分数阶迭代学习复合控制

针对电动加载系统存在多余力矩扰动的问题,提出一种以位置闭环和力矩闭环为反馈控制、迭代学习控制为补偿控制的复合控制策略。为提高加载系统动态性能及降低建立模型的复杂性,驱动永磁同步电机采用直接转矩控制方式,建立加载系统频域模型。在位置闭环和力矩闭环采用分数阶PIλDμ控制器代替常规PID控制器,迭代学习补偿控制采用分数阶迭代学习控制器,利用分数阶微积分的信息记忆特性提高控制系统的动态性能和鲁棒性,通过理论分析给出分数阶PD型迭代学习控制器的收敛条件。对正弦和梯形波载荷进行力矩加载实验及多余力矩抑制实验,验证了该控制方法的有效性。      

5 kW环型离子推力器试验研究

针对未来深空探测任务对高功率电推力器的需求,兰州空间技术物理研究所开展了5 k W环型离子推力器的研制。环型离子推力器放电室设计与传统离子推力器有很大不同,面临着放电不稳定、不均匀、放电损耗过大等潜在的技术风险。在原理样机完成设计、制造工作后,开展了试验研究工作,通过性能摸底试验对推力器电气参数变化规律进行研究并找到最佳的工作点,通过等离子体诊断试验对放电室内等离子体密度和电子温度分布情况进行研究。试验结果表明:环型放电室在很宽的放电电流范围内都有很高的稳定性,在单阴极偏置的情况下推力器束流仍然具有较好的均匀性,初步验证了环型离子推力器概念的可行性,为下一步优化设计打下了技术基础。     

上面级轨道转移段姿态控制技术

由于姿态与轨道运动的耦合,以及制导系统确定的发动机推力矢量方向不通过系统质心所引起的干扰力矩,火箭上面级轨道转移段的姿态运动会受到很大的干扰,为此,研究了利用轨控矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气的上面级姿态控制技术。首先,利用凯恩方程建立包括上面级本体、发动机旋转支架以及矢量发动机的系统多体动力学方程,推导了矢量发动机工作时偏心引起的干扰力矩和推力矢量控制中矢量发动机的摆角计算公式,利用矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气控制上面级的姿态。其次,基于变结构控制方法,设计了上面级轨道转移段的姿态控制律,使得上面级轨道转移期间姿态控制的精度达到了10^-3级别,且矢量发动机推力矢量既为制导指令方向又通过系统质心,减小了矢量发动机对上面级的干扰力矩。最后,进行了数值仿真,仿真算例结果验证了控制律的可行性。