碳膜原子氧传感器研制及地面性能测试

研制低地球轨道(LEO)原子氧(AO)探测器并且开展AO环境在轨监测对于LEO航天器设计及防护具有重要意义。基于电阻分析法的碳膜AO传感器因工作时间较长、响应线性度较好且无污染,在国内外得到较多应用。为优化AO在轨监测手段,设计了一种矩形碳膜AO传感器:采用阴极电弧放电工艺制备了厚约2.5μm的AO敏感碳膜;利用AO地面模拟设备,测试了传感器的性能,并表征了碳膜在AO作用前后的形貌。结果显示,传感器碳膜的初始电阻与AO试验过程中的实时测量电阻的比值R0/R与AO积分通量F具有较好的线性关系。根据测试结果推导,该传感器能探测的最大AO积分通量约为2.29×10^(21)atom·cm^(-2)。

嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究

在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为0.5~2.0 m范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m^(2)s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70ìm的月尘颗粒最大扬尘高度分别为0.72、0.36 m,最大速度分别为2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为1.44°~2.27°,计算的扬尘角与Apollo探月任务中的结果相近。

空间目标态势感知及多源数据融合技术发展与应用

天基空间目标态势感知系统作为空间威胁目标运动状态监测和特性测量的重要手段,与地面感知手段相比,具有独特优势,成为当今世界航天领域的发展热点。面对空间杂光背景噪声干扰下远距离空间暗弱目标与隐身、伪装等复杂目标精确识别与测量的感知需求,依靠单一的空间态势感知手段远远不能满足未来空间对抗的发展需求。多传感器数据融合技术能弥补单个传感器感知能力的不足,使它们发挥各自的优势,形成对空间目标态势情形更加清晰、完整的多维感知描述,在扩展目标感知信息的时空覆盖性、增强目标识别能力与降低误检率方面具有明显优势。在分析主要航天国家空间目标态势感知能力及态势感知信息融合技术发展现状基础上,研究梳理相关技术与装备发展情况、未来发展趋势,并给出空间目标态势感知数据融合应用实例,最后提出我国太空态势感知系统发展的启示和建议,为我国发展天基空间目标态势感知和多源数据融合技术,加快构建天基空间态势感知一体化技术体系提供参考。

地外天体软着陆过程羽流扬尘特性研究现状及展望

地外天体软着陆过程中,反推发动机羽流作用于天体表面风化层诱发的侵蚀扬尘是影响软着陆安全的最主要因素。首先对羽流扬尘现象的物理过程、侵蚀机制研究现状进行梳理总结,总结出侵蚀机制主要包括粘性剪切侵蚀、扩散气体喷发、承载力破坏和扩散驱动流动4种;其次,对部分探月和探火任务的在轨侵蚀结果、仿真模型和经验公式的研究现状进行研究分析,得出月球表面和火星表面因背景压力和风化层物质特性差异会产生不同的侵蚀机制,而在相同条件下的侵蚀机制也会随发动机个数和总推力的变化而变化,有必要对物理机理和扬尘特性进行进一步细化研究;最后,结合未来地外天体软着陆任务需求,提出了羽流扬尘原位测量、仿真预测模型和羽流扬尘消除3种用于未来探测任务羽流扬尘预测和防护的关键技术,以期对未来软着陆任务顺利执行起到一定的保障作用。

月球极区附近典型的月面等离子体环境及地形的遮挡效应分析

由于特殊的环境条件,月球南极地区近年来逐渐成为月面着陆探测重点关注的区域。在未来开展月面南极地区探测时,探测器将受到月面复杂环境的影响。月球处于较复杂的空间等离子体环境,对南极地区月面探测器带电影响较大的环境主要包括太阳风环境、磁鞘环境和等离子体片环境等。计算在不同空间等离子体环境条件下,月球极区月面巡视器表面及附近的电位分布,并分析电位分布形成的原因。建立典型撞击坑的仿真模型,探索撞击坑附近不同带电粒子的分布以及尘埃颗粒的迁移特征。研究结果将加深对月球极区月面环境的认识,为月面探测活动中遇到的环境问题提供理论参考。

光入射角及尘埃对太阳能电池月尘探测器的影响研究

以太阳能电池月尘探测器的短路电流为参考,通过模拟月球尘埃实验,研究太阳能电池短路电流对光入射角、尘埃沉积质量和粒度分布的响应。结果表明,一旦光入射角大于60°,尤其是在尘埃沉积的情况下,尘埃探测器的短路电流不能较好地用余弦函数来近似。探测器的短路电流和月球尘埃沉积质量遵循一个指数关系。在相同的沉积质量下,月球尘埃的颗粒粒径越小,对太阳能电池的遮挡作用就越强,其原因是小尺寸的月球尘埃颗粒之间的空隙较小,导致更多的光强损失。此外,质量消光系数与光入射角相关。因此,在实际测试过程中,应根据入射角度来选择质量消光系数,以确保探测器给出的结果准确性。

星用非金属材料出气模型的应用

卫星上所用非金属材料,在空间真空环境下存在出气行为,产生污染效应。为了研究这种出气行为,本文以扩散理论为理论依据,推导材料出气模型。利用空间分子污染气体分析仪,测试了星用非金属材料的出气速率变化,对所测数据进行曲线拟合,通过试验和理论分析,证实了模型推导的正确性,结果表明:经过6 h的真空加热预处理能够有效减少出气污染。

真空测试计量技术及其航天应用

真空测试计量技术是确保载人航天、探月工程、北斗导航等重大航天工程顺利实施的重要基础。围绕计量发展和航天发展建设对真空测试计量提出的新任务、新要求,真空测试计量发展在深度、广度及维度上表现出强劲的态势。近年来,围绕国家重大战略需求,瞄准真空测试计量技术核心科学问题,开展了面向航天应用的真空测试计量原始创新研究,实现了由真空中性气体测试计量向空间电推进真空等离子体测试、卫星充放电真空模拟测试、真空环境下空间计量等交叉领域的拓展,并在月球样品采样、飞船交会对接、空间守时原子钟研制、卫星平台升级换代、卫星安全防护等应用中发挥了至关重要的作用。

干扰力作用下潜艇近水面运动的仿真

潜艇近水面运动时受一阶波浪力和二阶波浪力的影响较大,本文对一阶波浪力、二阶波浪力和海流力进行了数值计算,然后把这些干扰力作为干扰项加入静水中的潜艇六自由度运动方程得到潜艇近水面运动模型。最后对潜艇近水面运动模型和压水及操舵对消除波浪力的影响进行了仿真分析,仿真结果与实际情况吻合,说明文中提出的潜艇近水面运动仿真模型是合理有效的。

潜艇应急操纵的建模与仿真

应急模型是潜艇航行训练模拟器中很重要的一部分。该文对潜艇水下潜航状态下会出现的三种紧急状况进行了分析 ,其中潜艇舱室破损进水是导致潜艇失事的比较严重而常见的情况 ,文中提出了一种新的潜艇舱室破损进水模型 ,这种模型考虑了破损位置和面积这些因素。另外 ,在非常紧急情况下 ,高压吹除和抛弃压载等措施是挽回潜艇的重要手段 ,该文也对这两个过程进行了建模。文章最后对应急过程的几种情况分别进行了仿真分析。结果表明所建立的模型是正确有效的。

脉冲激光模拟单粒子效应研究

脉冲激光在集成电路和器件单粒子效应(Single Event Effect,SEE)研究中有着广泛的应用。与重离子源相比,通过脉冲激光诱发SEE更容易获得空间信息和时间信息。本文介绍激光诱发SEE的产生机理、模拟试验设置以及线性能量传输(Linear Energy Transfer,LET)算法,通过皮秒激光诱发单光子与飞秒激光诱发双光子的模拟试验,对SEE现象发生时电压响应与能量的关系进行分析,验证了脉冲激光在SEE研究中的有效性和可行性。

混合GA与SA求解非线性约束优化

在非线性约束优化中,处理好约束条件和增强局部搜索能力是解决这类问题的关键.本文在给出问题一般形式的基础上,设计了一个模拟退火和遗传算法结合的算法.它用模拟退火算法来增强局部搜索能力,用线性交叉来处理约束以外的解,将可行解与不可行解用适应值的正负来区分.仿真试验表明,该算法收敛速度快、搜索能力强、稳健性好,本方法是对应用遗传算法求解非线性约束优化问题的又一次深入探索.

石英晶体微天平在月尘累积量测量中的应用

针对月尘问题,提出了一种基于石英晶体微量天平的月尘累积分布的测量方法,用于月面环境月尘累积质量的原位测量。通过涂覆粘性膜,解决了月尘颗粒与石英晶体电极表面结合力不足的问题,并进行了真空环境下标定实验。实验结果表明,所设计的SQCM传感器的质量灵敏系数为5.63×10-9g/(cm2·Hz),测量量程可达1.29×10-4g/cm2。目前已搭载嫦娥三号探测器开展月面长期月尘累积质量的测量。

飞行器敏感系统在轨分子污染沾染量预估方法研究

空间环境下,材料出气引起的分子污染效应是影响飞行器寿命和可靠性的重要因素之一。本文就材料出气分子经历的出气、在空间的传播输运和沉积三个过程及有诸多污染出气源存在时,对敏感表面沉积量的影响等进行了研究。建立了针对飞行器敏感系统功能表面在轨分子污染沾染量的预估模型。并利用该理论模型,结合相机镜头结构和空间环境的使用条件,模拟计算其镜头表面在轨飞行期间的分子污染物沾染量随时间变化的结果,同时理论计算结果结合试验测试数据评估相机镜头的在轨使用业绩。结果表明,镜头由于分子污染物沉积引起光学透过率的衰减达30%以上。所得到的结论对完善飞行器的防污染设计,提高飞行器在轨期间安全和性能保障具有重要的参考意义。

潜艇航行训练模拟器视景系统的设计与实现

提出了一种基于PC机的潜艇航行训练模拟器视景系统的设计方法 ,PC机采用符合PC/ 10 4标准的便携式计算机 .该视景系统软件设计模块化 ,结构清晰 ,便于维护 ;使用DirectXSDK做开发工具 ,可以直接访问底层硬件 ,充分利用硬件的优化性能 ,同时又不失独立于硬件的特点 ,降低了系统对硬件的苛刻要求 ;在三维场景中 ,使用了纹理粘贴、雾化、纹理多级细化等技术 ,实现较好的仿真效果 ;在二维仪表仿真中 ,大量使用了透明粘贴技术 ,很好地模仿了指示灯亮、旋钮旋转等现象 .该视景系统经过了系泊试验 ,表明该系统实时性好、图象质量高 ,较逼真地模拟了潜艇的操作环境 ,满足了艇员实际操作训练的需要 .

月尘累积特性测量技术研究与应用

月尘是月球环境对月球探测器影响中的一个重要因素。文章针对月表的自然环境和月尘累积特性分布机理,开展对月尘累积特性的测量技术研究,提出了采用黏性石英晶体微量天平(SQCM)和太阳电池短路电流两种测量方法,分别测量月表自然悬浮月尘的累积特性和着陆月表时扬起的月尘量,并在此基础上设计了月尘测量系统。该测量系统包括SQCM探头、太阳电池探头和电控箱,地面标定试验结果验证了其设计的可行性。此测量系统成功应用于嫦娥三号月球探测任务中,并实现了月尘累积特性的在轨原位测量。

星用非金属材料出气物成分及污染光学测试分析

文章利用新研制的分子污染出气物成分检测分析设备,对空间辐射致冷器用的几种星用非金属材料的出气污染物进行测试,分析鉴定材料出气物的成分,确定材料在真空烘烤过程中观察到的各种物质源。利用试验获得的材料出气污染物对光学参数的影响数据,并结合光学效应试验研究结果,进一步得到材料出气引起透镜光学参数变化的结果,为型号设计师提供直接的污染控制依据。

中国月尘探测进展及后续展望

月球尘埃研究具有重要的科学和工程价值。目前对月球尘埃运动规律、运动机理等的了解非常有限,对尘埃运动物理参数缺少系统的定量测量,严重制约了月球尘埃的科学研究。阿波罗17号宇航员观察到的月尘扬起及其物理机制迄今为止在科学上仍然是一个谜。中国的嫦娥三号月球探测任务得到了月面上的尘埃沉积数据及尘埃活动高度数据,表明尘埃活动具有显著的地域差异。在嫦娥五号采样返回任务中将研究月尘带电方面的物理特性。探月后续任务中如果能够在高纬度地区首次系统地定量测量月尘运动的物理参数,将会揭示不同经纬度区域、不同太阳光照条件、不同太阳风条件、不同地形条件下的尘埃活动规律及其关键影响因素,对高精度数值模型的建立及其参数选择提供定量限制,必将取得新的重要科学发现。

空间中子探测器能量响应仿真分析及验证

空间中子会对在轨航天器的电子系统造成损伤,并可能对执行任务宇航员的生命安全造成严重威胁。准确分析空间的中子环境特性,是保障航天器抗辐射加固设计合理和宇航员生命安全的前提。基于Fluka软件利用蒙特卡罗的方法模拟、分析、设计了基于塑料闪烁体的复合结构中子探测器,从探头尺寸、结构位置、探测效率、反符合结构等方面进行了仿真分析,确定了探测器的0.5 mm、3 mm梯度复合结构,并利用14~25 MeV的单能中子进行了试验验证。结果表明:设计的探测器可用于空间站舱内中子环境以及近地空间中子探测,能够为后续的工程载荷设计提供理论和技术支持。

月球粉尘的研究现状

随着我国探月工程的开展,面临着月球粉尘危害性的问题,急需开展月球粉尘的研究。文章在调研的基础上,阐述了目前国外在月球粉尘方面的研究现状,主要是美国"阿波罗"计划中对月尘的特性、危害性、探测和防护方面的研究。