空间非合作目标非接触式电磁消旋方法综述

太空中大量残留的空间非合作目标危及在轨运行卫星的安全,为规避潜在碰撞风险,采取消旋后再捕获变得尤为重要。针对如何衰减目标的旋转速度,系统调研国内外非接触式电磁消旋方法。首先,介绍电磁消旋原理与旋转非合作目标中两种典型的运动形式。其次,定性地对电磁消旋方法的优势及可行性进行分析。然后,对非接触式电磁消旋方法进行分类,从非均匀/均匀静止磁场、机械式/电磁式旋转磁场方面入手,详细分析最新消旋方法及关键技术。接着,对消旋转矩的计算方法及相关控制技术进行总结归纳。最后,展望电磁消旋方法的未来发展方向。

太阳电池阵基板在热真空试验中微弱热变形测量试验研究

该文主要内容研究的是在真空冷黑环境下,通过空间外热流模拟的方式结合数字化摄影测量的手段对太阳电池阵基板的微弱变形量进行测试试验研究。试验方案中采用非接触式红外灯阵模拟空间外热流的方式,同时使用空间环境模拟设备建立试验所需的真空冷黑环境,对太阳电池阵基板进行热流的施加,试验过程中采用数字化摄影测量对不同外热流作用下造成的太阳电池阵基板的微弱热变形进行测量。试验结果表明,在红外灯阵辐射热流的作用下,太阳电池阵基板2 m×1.44 m范围内的热变形测量精度优于0.05 mm,该指标可以满足测量精度要求,光学摄影测量方法可作为测量太阳电池阵基板在热真空试验过程中微弱变形的测量方法,并且试验验证该方法有效,解决热真空试验过程中太阳电池阵基板热变形测量的问题,为后续电池阵表面设计盖片及盖片之间银连片设计提供试验数据支撑。

基于DPRA的卫星系统概率风险评估综合建模方法

卫星是一个典型的复杂系统,在复杂系统的运行过程中所产生的每一个基本事件,都包含着人、机器和环境3个方面的因素。为了更好地表征系统的动态行为及复杂过程,尤其是人因风险因素的识别及模型融合,需要发展一种动态的概率风险评估建模方法,并将人因可靠性融入其中。为此,文中提出基于DPRA的复杂系统概率风险评估综合建模方法。首先构建了基于DPRA和IDAC的综合框架,将人因风险因素融入到DPRA模型之中,并基于该框架完成后续的概率风险评估综合建模。然后提出一种基于过程分解的综合建模方法,该方法先是明确系统的任务及其结构,进而利用逻辑和时间过程分解完成动态事件的描述及定性定量分析。最后,以某卫星装配过程为例,利用该方法进行风险评估。评估结果表明,该方法具有一定的工程适用性,对于航空航天探测器的风险因素识别和评估具有一定的参考意义。

一种高效星载功率调节与配电单元设计与实现

文章结合深空探测供配电分系统任务特点,提出功率调节、配电、火工控制等多功能模块轻小型一体化设计的必要性。介绍了国外功率调节与配电单元的研究现状、国产功率调节与配电单元研制的意义,功率调节与配电单元组成及功能设计,并通过多母线融合设计、多路放电均流设计、单元集成化设计等关键技术,解决了深空探测器高可靠轻小型化功率调节与配电单元设计难题。在轨飞行结果表明:功率调节与配电单元功能正常,工作可靠,性能优良。功率调节与配电单元的国产化设计实现,可为其它航天器的设计提供参考和借鉴。

低轨倾斜轨道卫星太阳电池阵防遮挡设计与分析

低轨倾斜轨道卫星轨道面光照角周期变化,太阳电池阵受照情况复杂,其输出电流呈现波动。为此,文章分析卫星各种工况下的本体遮挡面积,结合太阳电池阵遮挡工作特性分析及阴影遮挡试验结果,开展太阳电池阵防阴影遮挡设计,并采用投影法进行卫星本体遮挡影响分析。结果表明:卫星本体遮挡时,电流损失预计值与在轨遥测电流损失值基本一致,分析误差小于2%。上述分析结果可为卫星复杂遮挡工况下电源系统能量平衡设计提供参考。

一种面向运载火箭电气系统的模块化分级供配电体制

针对运载火箭电气系统供电电缆规模偏大、拓扑复杂、易引发跨级供电潜通路等问题,提出了一种电气系统模块化分级供配电方案。将运载火箭各级分别规划为一个独立的供配电单元,供配电单元内采用通用化设计,实现对内部负载的一体化供电;供配电单元间、电气系统箭地间、供电母线间电气隔离,以避免供配电单元间的电气耦合,彻底消除级间潜通路,降低设计难度,最终使得运载火箭电气系统供配电体制具备系统层级模块化特征和供配电单元即插即用能力,为未来电气系统供配电架构的标准化设计和运载火箭分级测试提供技术基础。

我国深空探测器电源技术发展

电源系统能力是影响深空探测任务的重要因素。文章在梳理我国已成功完成的探月工程、行星探测工程等深空探测任务基础上,重点阐述了太阳电池、锂离子蓄电池、同位素温差电源、电源控制等关键技术在历次深空探测任务中的应用特点、技术难点及进展情况;进一步梳理了我国后续深空探测任务对电源系统和技术的需求,从发电、储能、功率调节与配电、能源管理等方面重点分析了深空探测器电源技术需求和发展建议,可为后续任务电源系统设计提供参考。

一种立方星模块化电源系统的设计与在轨试验

立方星实用化发展对其电源系统提出了更高的要求,传统立方星电源的功率容量和扩展能力已难以满足遥感、通信等立方星应用的需求。该文针对此问题提出一种模块化电源系统的设计与研制方法:系统对外采用统一的结构、信息和功率接口,实现与卫星平台的松耦合;内部设计多种标准化的模块单元,通过模块数量的配置和堆叠结构,实现功率容量和配电通道灵活扩充,从而快速满足多样化任务立方星的供电需求。以中国青少年科普卫星八一03星为例,开展电源系统设计方法的验证与工程实现,研制周期缩短至两个月。在轨试验表明,所设计的模块化电源系统工作稳定可靠,能够适应百瓦量级以内不同载荷任务立方星的功率需求。

宇航数字化、智能化电源技术研究

航天技术的快速发展与创新对宇航电源的功能提出了更高需求,需进一步拓展应用,为此提出了适应于未来的宇航数字化、智能化电源技术.通过分析宇航数字化、智能化电源在电推进系统中的复杂供电及控制要求,以及在中国超低轨小卫星中对μN级高精度控制、宽范围推力调节等方面的典型应用,分析研究了宇航数字化、智能化电源技术的主要技术途径和发展展望,给出了以现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)为核心控制芯片的模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)电路、数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation,DPWM)发生器及数字补偿器等数字化电源的设计要点,最终实现了电源输出电流毫安级的调节精度和超低轨小卫星微牛级的高精度控制要求.

航天器大功率固态配电关键技术研究

大功率固态配电需要解决在开关过程中电压变化率和电流变化率较高的问题,抑制在短路保护过程中功率管漏极和源极存在的振荡和高电压应力。采用“慢开通,慢关断”的控制方式,降低了开通和关断过程中的电压和电流变化率。通过降低关断过程中电流变化率和增大振荡回路阻尼的方法,抑制了短路保护关断过程中功率管漏源电压应力和振荡。在此基础上,研制了160 V/200 A固态配电样机,实验验证表明所采用的方法是有效的。该方法提高了大功率负载的配电可靠性,可为大功率固态配电在航天领域的应用提供参考。

LEO航天器太阳电池阵激光诱导电弧放电试验与分析

基于太阳电池阵空间电弧放电理论,对纳秒脉冲激光诱导太阳电池阵电弧放电机理进行分析,采用空间放电模拟试验系统,试验研究了低地球轨道(LEO)等离子体环境下纳秒脉冲激光诱导太阳电池阵电弧放电的功率密度阈值及其放电特性。试验结果表明:LEO等离子体环境下激光诱导太阳电池阵电弧放电的功率密度阈值约为1.08×10^(8)W/cm^(2),与无激光诱导相比,放电持续时间增加了20%,且每施加1次纳秒脉冲激光诱导电弧放电概率约为60%。对比分析不同工况下的太阳电池阵损伤效应可得:纳秒脉冲激光诱导电弧放电破坏绝缘层最严重,容易造成太阳电池阵中部分PN结短路失效,其损坏程度远远大于空间环境太阳电池串间电弧放电烧蚀损坏效应和盖玻片表面热应力损伤造成的PN结断路失效。此结论可为航天器太阳电池阵放电试验的措施及试验参数选取提供参考。

航天器多端口电源控制器拓扑推演和优化方法综述

电源控制器需要完成输入、储能和输出端口功率之间的控制,随着更多不同类型能源接口的加入,具有高功率密度、高效率和其他高性能的多端口变换器成为电源控制器的理想解决方案,其拓扑是实现航天器供配电功能的重要基础。文章针对航天器多端口电源控制器拓扑结构电路应用和任务专项需求,对多种拓扑推演方法和拓扑主要性能优化措施进行详细的调研和总结;在此基础上提出拓扑结构设计重点发展方向,例如归一化的拓扑推演流程、完善的电路拓扑性能优化方法和基于总体角度的电源控制器设计思路。上述研究结果可为更远距离空间探测、更大规模航天器供配电系统建造和航天任务中新型能源管理设计提供参考。

电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型的加速试验验证与评估

针对电连接器用聚氨酯胶密封件在长贮条件下的寿命评估问题,从机理层面分析了聚氨酯胶密封件内聚破坏和边界破坏导致性能下降的原因。依据从机理层面建立的电连接器用聚氨酯胶密封件贮存可靠性统计模型,利用聚氨酯胶密封件温湿度综合应力加速退化试验数据,综合应用粒子群优化算法和回归分析、AD检验及拟合优度等检验方法,从数据统计层面验证了电连接器用聚氨酯胶密封件失效物理方程和退化轨迹模型的合理性。利用扫描电镜和能谱分析验证了失效机理分析的正确性。最后,利用所建模型评估了电连接器用聚氨酯胶密封件在贮存环境下的可靠寿命。

我国深空探测器测控通信技术发展

探月工程与行星探测工程推动了我国月球与行星探测器测控通信技术的长足发展,实现了面向超远距离的技术跨越,并发展形成了中继通信和月面通信能力。以重大工程任务为脉络,梳理论述了我国在月球探测和行星探测任务中测控通信技术发展应用情况。展望月球与深空探测领域的发展需求,分析测控通信技术后续的重点发展方向,并提出分阶段的技术发展建议,可供后续测控通信系统设计、新技术研发和产品研制提供参考。

载人月面探测高效能源技术综述

根据我国载人月球探测规划,我国将在2030年前实现载人登月,后续将进入月球科考与开发阶段。能源作为制约月球科考与开发阶段的关键因素,将直接影响整个任务规划的有效实施。文章介绍了国内外月面探测能源系统发展现状;总结出载人月面探测能源系统的发展启示。基于载人月面探测能源系统的研究,对大功率高效发电技术、大规模储能技术、控制与管理技术、传输与分配技术进行分析。通过调研多种能源技术发展现状,结合月面应用场景,针对性地提出了工程验证类、技术攻关类和创新发展类3类关键技术发展建议,可为我国后续载人月面探测高效能源技术发展提供参考。

打印微结构对表面电荷积聚特性的影响

航天器等真空设备面临着高电压、小型化的发展需求,但其中的固体-真空绝缘界面容易发生真空沿面闪络。为了提升真空绝缘的沿面耐电性能,通过3D打印技术在绝缘介质表面构建了微刻槽和打印金属两种微结构,并通过电荷积聚实验研究发现了打印微结构能有效抑制表面电荷积聚过程;同时,改变微刻槽数量以及金属的宽度和数量,进一步通过实验对比研究了参数不同时的情况,发现增加微结构的数量和宽度均有利于提升其对电荷积聚的抑制效果;最后,构建真空沿面闪络粒子仿真模型,通过研究电子运动和二次电子崩的发展,并结合实验结果发现微结构能够散射电子,从而产生抑制电荷积聚、提升沿面耐电强度的效果。

猎户座飞船电源系统设计特点及启示

针对登月飞船电源系统在功率密度、承载性、安全性、可靠性等方面的更高要求,调研了美国猎户座飞船电源系统总体方案,发电、控制、储能等功能产品详细方案,以及部分地面测试和在轨飞行情况。对猎户座飞船电源系统供配电架构、冗余度及可靠性设计、电池类产品安全性设计、结构机构类产品承载性设计等进行分析,梳理出登月飞船电源系统研制过程中需重点关注的问题及建议,可为中国该类飞船电源系统研制提供技术参考。

一种低轨卫星太阳电池阵电流异常下降检测方法

为了及时、准确诊断低轨卫星太阳电池阵电流异常下降问题,提出一种太阳电池阵电流异常下降检测方法,以及时、有效识别并发现故障。首先,分析影响太阳电池阵电流的有效太阳光强、温度、任务和数据质量等因素。然后,把有效太阳光强、温度环境的影响作为误差项处理,对任务和数据质量等影响因素通过滤波或数据修复的方式进行处理。最后,通过比较每天太阳电池阵电流最大值平均值的方式识别电流异常下降。利用在轨卫星实际遥测数据对方法进行验证,结果表明:检测方法诊断精度高于1.5%,能及时、准确实现低轨卫星太阳电池阵电流异常下降故障检测。

低纹波空间可调高压电源设计

为了满足空间探测载荷(如质谱仪和能量粒子探测器等)对高压电源输出纹波的要求,设计一款小功率、低纹波、最大输出电压为10 kV的可调高压直流电源。设计中使用罗耶架构的逆变器和倍压整流电路,利用反馈回路,使纹波电压峰峰值小于2 V;使用51系列单片机控制电源输出电压,监测电源的工作状态。除在原理设计方面降低输出电压纹波外,还提出其他降低输出电压纹波的措施。测试结果表明,所设计的高压电源具有输出电压稳定可调、纹波低的特点,可以满足空间探测载荷对高压电源的基本性能要求。

用于微纳卫星的灵巧对接机构设计

要将微纳卫星拼接成超大型可变构航天器,其中微型高精度相对姿态重复可调的对接机构设计是关键环节。基于Stewart机构,设计了一种高精度的相对姿态重复可调对接机构。该机构针对对接锁定后相对姿态精密调节的问题,分析了对接机构调姿误差传递机理,建立了调姿误差传递模型,仿真计算得出理论调姿精度。通过激光微距传感器与Stewart机构形成闭环控制系统,设计了调姿控制系统误差补偿算法,实现了相对位姿的高精度调节;建立了双模块相对姿态调节场景下的动力学模型,结合调姿运动轨迹分析了机构各个伸缩杆电机驱动力变化规律;仿真分析及实物调姿测试表明,对接机构质量仅为2.43 kg,包络球半径仅为10 cm,三轴姿态调节精度可达±0.02°,对接机构最大调姿负载为65 N,可以应用于微纳组合体航天器精确变构。