Earth-moon Trajectory Optimization Using Solar Electric Propulsion

The optimization of the Earth-moon trajectory using solar electric propulsion is presented. A feasible method is proposed to optimize the transfer trajectory starting from a low Earth circular orbit (500 km altitude) to a low lunar circular orbit (200 km altitude). Due to the use of low-thrust solar electric propulsion, the entire transfer trajectory consists of hundreds or even thousands of orbital revolutions around the Earth and the moon. The Earth-orbit ascending (from low Earth orbit to high Earth orbit) and lunar descending (from high lunar orbit to low lunar orbit) trajectories in the presence of J2 perturbations and shadowing effect are computed by an analytic orbital averaging technique. A direct/indirect method is used to optimize the control steering for the trans-lunar trajectory segment, a segment from a high Earth orbit to a high lunar orbit, with a fixed thrust-coast-thrust engine sequence. For the trans-lunar trajectory segment, the equations of motion are expressed in the inertial coordinates about the Earth and the moon using a set of nonsingular equinoctial elements inclusive of the gravitational forces of the sun, the Earth, and the moon. By way of the analytic orbital averaging technique and the direct/indirect method, the Earth-moon transfer problem is converted to a parameter optimization problem, and the entire transfer trajectory is formulated and optimized in the form of a single nonlinear optimization problem with a small number of variables and constraints. Finally, an example of an Earth-moon transfer trajectory using solar electric propulsion is demonstrated.     

太阳翼地面展开实验过程的振动监测

本文介绍了使用石英加速度计对某型号卫星太阳翼地面展开实验过程的振动、冲击加速度进行的监测和对振动、冲击测试数据进行的剔除、换算、排序、分析等处理,给出了时域曲线和频谱,得到了太阳翼展开过程的振动、冲击状况,对于关心的力学参数(锁定力矩、冲击力、末点速度)进行了分析计算,同时测定了太阳翼展开时间,评估了太阳翼展开对太阳翼驱动机构的影响。     

航天器帆板温度受火星热流的影响分析

火星热流对环火轨道航天器的太阳帆板温度有较大的影响.本文建立了火星反照率的数学模型,分析了火星红外辐射和反照热流变化时,太阳帆板在近火弧段和远火弧段阴影期各自的温度变化规律.研究表明,在不同的轨道高度下,火星红外辐射和反照热流对帆板的影响各不相同,存在一个帆板温度受较大影响的临界轨道高度.当轨道高度小于此临界轨道高度,...     

整体壁板激光辅助预应力成形

整体壁板成形是大飞机制造的关键难题之一。本文探索了激光辅助预应力成形方法应用于整体壁板这一类筋条加强结构工件的可行性。该方法的原理是：首先对整体壁板施加弹性载荷,然后用激光束扫描并加热其弹性变形能集中区域,通过降低该区域材料的屈服极限促使弹性变形能转化为塑性功,实现整体壁板的塑性成形。对网格筋条加强结构试件进行了激光辅助预应力成形试验和有限元分析以及时效成形试验,验证了激光辅助预应力成形方法的可行性,并讨论了激光扫描道次与工件成形效率的关系。     

超声速气流中受热壁板的二次失稳型颤振

研究了超声速气流中受热壁板的非线性气动弹性响应,发现了一种新的动态失稳现象——二次失稳型颤振。基于von Karman非线性应变-位移关系、Reissner-Mindlin板理论和一阶活塞理论建立超声速气流中三维壁板的有限元模型。通过数值算例,研究了超声速气流中受热壁板发生二次失稳型颤振的条件,并运用非线性振动理论分析了二次失稳型颤振的机理。研究表明,超声速气流中受热壁板在平衡态的稳定性未发生变化时,也会因系统参数的变化引起气动弹性响应性质的突变,导致壁板的二次失稳型颤振。二次失稳型颤振能否发生不仅受到气流速压和壁板温升的影响,而且还与初始扰动有关。当扰动引起壁板的初始变形较小时,不能激发出二次失稳型颤振,壁板的气动弹性响应最终收敛到屈曲平衡态。应用二次失稳型颤振理论和分析方法,确定了前人给出的一个金属壁板模型的热颤振边界的风洞试验结果,而且计算结果与试验结果符合良好,从而对这一壁板热颤振现象的风洞试验结果作出了较合理的理论解释。     

空间原子氧环境对太阳电池阵的影响分析

空间原子氧是危害低地球轨道（LEO）航天器在轨性能的最主要空间环境因素之一,其强氧化性能够对包括太阳电池阵在内的航天器外表面暴露材料和组件造成危害。文章分析了某载人航天器在轨原子氧环境、原子氧对不同结构太阳电池阵所用材料的影响以及对太阳电池阵组件电性能的影响,结果表明原子氧对材料的作用能够引起太阳电池阵基板强度降低、电连接可靠性下降及电缆线护套失效等风险,材料的损伤会导致太阳电池组件电性能的下降。鉴于以上结果,作者建议在今后LEO长寿命航天器太阳电池阵研制中,应对原子氧环境条件进行详细设计;同时开展组件级试验,以对电池阵原子氧防护设计的有效性进行验证。     

太阳模拟器准直镜框架结构热传导问题的有限元计算

文章介绍了大型复杂结构热力耦合的有限元计算理论,提出了太阳模拟器结构有限元计算方案,并结合ENSYS 5.7 软件包,实际解决了太阳模拟器在温度变化过程中的热应力计算问题.     

太阳帆推进

太阳帆依靠反射太阳光光子产生推力,在飞行任务的整个过程推力连续作用于飞行器上而不需要任何推进剂。太阳帆可广泛应用于低成本大速度增量的太阳系飞行任务,具有其它推进系统无法替代的优点。简要介绍了太阳帆推进的机理及研究现状,给出了太阳帆飞行器的主要性能参数及需要解决的主要技术关键。     

双星计划太阳电池壳降低磁场干扰的改进措施

文章通过试验和计算阐明“探测一号”卫星的周期性磁场干扰信号是来源于太阳电池壳,由于壳内表面的电流布线所致。通过对太阳电池壳背面电流走线方式进行改进,使改进后的“探测二号”卫星太阳电池壳的周期性变化磁场干扰有了很大程度的改善,达到了技术指标要求,保证了卫星飞行任务的圆满完成。     

空间环境中S781和SR107性能退化研究

文章主要研究S781和SR107两种白漆样品在紫外/质子/电子综合辐照环境下太阳吸收率αs的退化情况,利用x射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)对比两种样品的表面成分和形貌变化,并利用数学模型对S781和SR107的长期退化情况进行了预示。结果表明:SR107白漆的表面完全被甲基硅橡胶粘合剂包覆,辐照前后成分变化不大;S781白漆在辐照后表面出现裂痕,成分也有所改变。在辐照开始后SR107的太阳吸收率αs比S781更快趋于稳定,但退化得更严重。