地球静止轨道LAR防静电白漆太阳吸收比变化分析

LAR防静电白漆具有低吸收发射比,能够喷涂于不同形状的物体表面,是重要的航天器热控系统组成部分。文章收集2颗地球静止轨道卫星的相机遮光罩外表面喷涂LAR防静电白漆的在轨7年和4年数据,结合遮光罩在轨热分析模型,得到白漆太阳吸收比随在轨时间的变化规律。研究结果表明:在轨2年后,白漆太阳吸收比由0.200退化为0.330,5年后变为0.357,年退化率由7.90%降低至0.55%,呈现逐年减小的趋势;根据该退化模型,预测10年后白漆太阳吸收比为0.357。利用热分析模型及在轨数据,能够得到白漆在轨退化性能,为航天器热控设计提供数据支撑,满足航天器长寿命及高效散热的需求。

高分辨星载海洋微波辐射测量技术发展综述

星载微波辐射计作为海洋观测的一种重要技术手段,能够全天时、全天候对海洋环境参数进行长期连续的观测,具有宽幅、高精度等特点,能够为数值预报、台风监测、防灾减灾等应用提供重要保障。随着海洋应用需求不断提升,星载海洋微波辐射探测技术也向着更高分辨率、更高精度的方向发展。文章对高分辨率海洋微波辐射测量新技术的概念、系统组成以及发展情况进行了介绍,包括基于密集馈源阵列的多波束推扫辐射计、集中式综合孔径辐射计以及分布式综合孔径辐射计。文章结合三种高分辨率微波辐射测量技术的特点和当前技术水平对未来星载海洋微波辐射测量技术的发展思路进行了讨论,对其中的重要的关键技术进行了梳理,并针对不同应用需求给出了发展建议。

陆探四号01星微波通道在轨自主相位补偿方法

地球同步轨道星载合成孔径雷达系统单次成像任务时间长达千秒级且具有较高热耗。成像过程中,多通道射频链路上多种设备均会发生插入相移随温度漂移现象,导致方位向相位相关性变差进而影响系统的成像性能。为了解决该问题,文章中提出了一种在轨自主实时温度相位补偿方法。该方法将上百台设备/电缆的温度相位数据进行优化存储,在成像时实时读取温度后查表计算链路相位变化并进行补偿,具有灵活适应多种模式、存储及逻辑轻量、可靠稳定等特点。仿真和测试验证了该方法可有效提升系统长时间工作工况下成像性能,已成功实现在轨应用。

基于微带天线传感器的转速检测方法

一种基于微带天线传感器的转速检测新方法,以微带贴片天线和矢量网络分析仪为主要部件,通过记录转子旋转在天线近场区域对端口回波损耗的周期性影响,实现转速的实时测量。首先,结合3D打印设计并制作了一款圆形微带贴片天线,为系统的构建提供了基础。然后,通过HFSS仿真验证天线端口的回波损耗随转子旋转出现周期性变化,仿真结果进一步验证了该方案的可行性。最后,完成了系统的搭建和测试,实验结果表明:该系统能够准确检测转速,误差在5%以内,并具有抗强光,非接触和抗遮挡等优点,证明了其转速检测系统的适用性和可靠性。

铜基微同轴技术及其在毫米波太赫兹领域的应用

近年来国内铜基微同轴技术在毫米波和太赫兹器件应用领域取得了显著进展。首先,论文综述了铜基微同轴的标准加工工艺,并介绍了基于该工艺成功设计的覆盖DC-1THz频段的多种传输线结构,包括矩形同轴、矩形波导、脊波导等常见射频传输线。其次,基于微同轴技术的大量有源和无源器件的设计,如滤波器、天线、宽带定向耦合器、射频GSG探针、放大器和倍频器等,这些器件的频率范围覆盖10 MHz至330 GHz,均基于微同轴工艺的特点进行了特殊设计,充分利用了该工艺的固有优势。最后,这些成果展示了国内铜基微同轴技术在射频器件模组领域的蓬勃发展,凸显出我国在铜基微同轴射频器件设计和加工技术方面的日益成熟。这些实践应用进一步证明了铜基微同轴技术在微波特性和小型化方面的卓越优势。因此,采用铜基微同轴技术的射频器件在毫米波和太赫兹领域展现出巨大的应用潜力和广阔的发展前景。

面向微波电力传输的低成本易部署柔性接收天线阵

文章提出了一种用于微波电力传输(MPT)系统的柔性能量接收天线阵列,具有面积大、成本低、易部署的特点。由于能量接收器表面通常为不平整状态,因此,传统刚性材质天线无法完成共形共面制备。为了适应各种外型的运用场景,文章采用柔性材料设计天线,其介质基板和辐射导体分别基于聚酰亚胺和新型液态金属镓铟合金(其中镓的占比为75.5%,铟的占比为24.5%)。由于MPT应用场景非常复杂多变,故对便携性提出要求。采用折叠/充气展开技术进行结构设计,以实现接收天线阵列收放的便捷性。使用三维电磁场仿真软件(CST)对设计的柔性接收天线从单元到阵列进行仿真,天线工作频点为5.8GHz。最大捕获效率超过55%,并且在弯曲工况下捕获效率超过35%。仿真结果证明了文章工作的有效性和正确性。

3D打印圆极化三角形微带天线设计与制作

针对普通单馈电圆极化微带贴片天线加工过程中对切角尺寸精度要求高的问题,提出一种3D打印的圆极化三角形微带贴片天线的设计和制作方法。与传统贴片切角或贴片中心开非对称槽实现圆极化的方法不同,该方法通过在介质基板上应用3D打印嵌入十字形槽实现圆极化辐射,研究结果表明,天线的阻抗带宽为7.3%(2.38 GHz~2.56 GHz,回波损耗小于-10 dB),圆极化带宽为1.2%(2.44 GHz~2.47 GHz,轴比小于3 dB),由于介质基板上的开槽尺寸远大于贴片切角尺寸,因此降低了对开槽尺寸的精度要求,提高了设计的灵活性。

星载微波部件微放电阈值的改进多粒子蒙特卡罗计算方法

星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研制周期的重要手段。为了进一步改善现有蒙特卡洛方法的计算准确度问题,文中提出了一种精度更高的计算星载微波部件微放电阈值的蒙特卡罗方法,该方法对参与微放电过程的初始电子进行了动态调整,采用四阶龙格-库塔法推进微波部件中电子的运动轨迹,基于Furman模型描述电子与微波表面相互作用的二次电子发射过程,按照碰撞电子产生的实际二次电子个数及对应能量参与碰撞时刻后的微放电过程,该多粒子-多碰撞过程更加客观、准确地表征了微放电效应发生的物理过程。以平板传输线和同轴传输线为例,文中所提出的方法相对于已有的蒙特卡罗方法计算精度显著提升,同时计算效率优于商用CST的粒子模拟结果。

临近空间激光雷达自调焦接收系统设计

针对临近空间激光雷达所使用的离轴抛物面反射镜在低温下会发生形变导致反射光耦合进光纤时效率下降的问题,通过研究自调焦技术,设计了自动补偿激光雷达组件,用于抵消温度对系统的影响。利用有限元法分析了接收系统在热载荷作用下的变形,获得镜面离散变形数据,使用Zernike多项式拟合镜面变形后的面形,通过光学设计软件模拟得出该激光雷达接收系统优化后的焦距变化与温度呈线性关系,经过光学设计软件确定补偿位置。使用温度自适应调整机构降低热变形带来的离焦量影响。分析结果表明,补偿后均方根半径从26.495μm下降至15.93μm,光斑半径减少39.9%,耦合效率提升至80%以上。

基于3D打印技术的微波开关设计与实践

文章介绍了一种基于3D打印技术的R型波导开关的设计方法,并对影响微波开关性能指标的射频参数、切换时间进行了验证。验证结果表明,微波开关的射频指标无恶化,切换时间缩短,微波开关可靠性得到提升。通过3D打印技术的应用,减轻开关重量17%以上,生产周期缩短60%以上。文章论述了微波开关射频指标、切换时间的设计过程和验证结果,解决了X频段R型波导开关切换时间长和重量大的不足,为波导微波开关制造提供了一种新的途径。

大口径反射镜Bipod支撑结构的装调与检测方法

随着我国遥感卫星对地观测分辨率的不断提升,空间遥感相机的有效口径逐步增大,为有效应对相机在地表装调时的重力误差干扰,大口径遥感相机的装调方式逐步从光轴水平形式转变为光轴竖直形式,与之对应的,相机主反射镜支撑结构与装配需求也在不断革新。为满足反射镜支撑与减重需求,在1 m及以上口径的反射镜支撑形式中,Bipod结构是较为常见的一种结构形式,不同于传统的框式支撑形式,它在光机结构粘接与结构位置标定需求上都有了巨大变革。为保证Bipod支撑结构下反射镜的装配定位精度和面形变化满足系统指标要求,提出了一种结合多目标空间位置转换和Stewart结构运动反演的大口径反射镜组件装调方法,该方法可在有效保证光机结构粘接点精度的同时,仅依靠反射镜自身支撑结构,实现反射镜与主承力板之间的高精度六维调节,系统装调误差可控制在0.04 mm左右。在遥感相机的实际装调过程中,通过分析主反射镜在系统中的装调误差区间,并以此为标准制定了反射镜Bipod结构的定位、粘接、调整和检测方案,实践结果表明该方法可有效控制反射镜的装配定位精度和面形误差,装调结果能够满足大口径遥感相机的系统成像需求。

航天器可展开式热辐射器的设计方法与应用研究

受限于运载火箭的包络尺寸,航天器体装式辐射器的散热面积有限,为进一步提高大功率航天器的系统级散热能力,提出了基于单相流体回路的可展开式热辐射器的热控方案。建立热辐射器的热分析模型,通过肋参数选取、红外辐射影响分析、工质选用对比等方法,完成可展开式热辐射器的设计优化,提高辐射器的散热效率及散热能力,为可展开式热辐射器的在轨首飞应用奠定基础。结果表明,在地球同步轨道航天器的恶劣外热流条件下,单幅辐射器的散热能力可达254 W/m^(2)以上,采用多幅可展开式热辐射器的方法,可有效解决航天器散热能力不足的问题。

伽马射线探测器冲击减振设计及验证

针对某伽马射线探测器受到振动冲击后敏感器件损坏严重的问题进行减振设计,研究减振器阻尼层尺寸参数对整体固有频率和抗冲击性能的影响,以及薄壁结构基座对抑制振动和冲击传递的影响;进而采取设计减振器、合理选取阻尼层尺寸参数、增加二级阻尼缓冲减振和改进薄壁结构的措施完成减振设计;最后通过仿真和试验验证减振设计的合理性。研究表明:减振器能够降低结构刚度,对冲击产生大幅度衰减作用;阻尼层直径是提高抗冲击性能的主要因素,探测器整体固有频率和冲击响应均随阻尼层直径的增加而减小;薄壁结构基座对激励有放大作用,可以通过调整局部结构降低冲击响应;二级阻尼缓冲减振设计对关键器件有较好的减振功效,尤其是在低频段。该研究可为有结构限制要求的航天器的冲击减振设计提供参考。

一种基于FPGA的深度神经网络硬件加速器系统

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度流水的片上架构,并使用模型量化、结构优化等方法对神经网络模型进行优化.在所设计的加速器系统中进行神经网络目标检测算法的部署,实现了高数据吞吐率、低功率消耗的FPGA神经网络计算,且模型精度损失低于1.2%,为在低能耗嵌入式平台上部署深度神经网络目标检测算法提供了有效解决方案,可广泛应用于机载、星载智能计算设备.

空间柔性阵列天线薄膜阵面制造技术研究

简要阐述了空间柔性天线的进展,分析了空间柔性天线薄膜阵面制造关键技术。研究了薄膜阵面电磁波传输金属薄膜制备技术、薄膜阵面图形化制造技术、薄膜阵面拼接用材料评价、薄膜阵面的裁切技术等。采用磁控溅射技术,通过溅射功率、走带张力、走带速度的调节,在有机柔性薄膜基材上镀制了不同厚度的金属铜膜,实现了有机柔性薄膜基材的表面金属化;利用飞秒激光刻蚀精度高,不损伤柔性薄膜基材的特点,获得了图形化的金属薄膜阵面单元;对3M92号胶带与改性聚酰亚胺胶接材料的拼接强度与耐高低温性能进行了试验对比,发现改性聚酰亚胺胶接材料的强度与耐高低温性能更好,更适合薄膜阵面的拼接;对比了用纳秒激光和飞秒激光裁切的薄膜微观形貌,结果表明,用飞秒激光裁切的切面光滑,无烧蚀与毛刺,适合于高精度薄膜阵面的制造。研究为空间柔性阵列薄膜天线的制造提供了大量的基础数据。

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss,NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小,NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2-10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.

辐射肋式空间可展开天线机构设计与分析

可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根据结构组成进行尺寸计算并建立了结构的三维模型;然后,采用数值仿真软件开展了机构运动学仿真研究,并分析了运动的变化规律;最后,建立了有限元模型,开展了结构模态分析。研究结果表明,所提出的机构能够实现由收拢至展开的运动变化,展开过程中机构具有良好的同步性,构件间无干涉,验证了结构方案及原理的正确性和可行性。研究结果对于空间可展开天线基础理论及工程应用等具有较高的参考价值。

NWC人工甚低频台站信号产生“条缕状”准捕获电子能谱的模拟研究

遍布全球的人工甚低频台站发射的信号主要用于对潜通信,在夜间,这些信号可以泄漏进磁层与内辐射带中几十至几百keV电子发生回旋共振,从而导致电子沉降.这一过程是导致内辐射带电子损失的重要原因,也是磁层-电离层耦合过程中能量和物质输运的重要环节.被台站信号散射的电子呈现出能量随L增加而减小的“条缕状”能谱结构,与台站信号和电子的一阶回旋共振能量曲线相符.低轨卫星可以对“条缕状”能谱结构进行清晰地观测,为研究近地空间波粒相互作用提供了重要契机.本文基于Drift-Diffusion-Source模型,复现了DEMETER卫星于2009年3月19日多个轨道测量的NWC台站信号导致的“条缕状”能谱,量化了NWC台站信号对辐射带电子的散射作用,明晰了NWC台站信号的幅度和传播角,揭示了内辐射带电子漂移过程中的动态变化规律,为开发人工影响辐射带技术提供了重要理论参考.

航天器轻型低温多层组件的隔热性能研究

低温多层隔热组件作为重要的航天器热控产品之一,通常用于舱内设备的隔热,以及减少航天器舱板、舱外设备等与外部空间的辐射换热,它在热控分系统产品配套的质量占比也较为可观。随着大型航天器向高性能、高载质比等方向发展,热控产品的减重需求日益突出。针对减重需求所开发的轻型低温多层隔热组件,反射屏采用了双面镀铝聚酯凸纹薄膜,兼顾了反射屏与间隔层的隔热功能,从而实现了结构优化。针对这种新型轻质多层的隔热性能,开展了试验研究,辅助以仿真计算验证,并通过在轨飞行数据进一步验证其有效性。结果表明:在相同的试验条件下,轻质多层的当量辐射率相较于传统多层提高了约30%,质量降低了约35%;适当考虑不确定度,参数取值0.03合理,隔热性能较好,满足大多数航天器使用要求,可作为轻量化的隔热材料在宇航领域广泛推广应用。

空间遥感智能处理技术发展

近年来,人工智能技术得到了快速发展,成为引领这一轮科技革命和产业革命的战略性技术,人工智能和传统空间遥感的深度融合,将带动遥感功能及应用的变革性创新。本文调研分析了智能遥感的应用场景、目前国内外的最新研究进展,以及未来空间遥感智能处理技术的发展重点,并对空间智能遥感处理技术的发展趋势进行展望。