星载面阵成像型红外地球敏感器非均匀性校正

针对高轨面阵红外地球敏感器在轨温度交变引起的系统非均匀性变化现象,提出一种在轨非均匀性校正的光机设计方案。小型化、轻量化、长寿命的光机系统包括标定黑体组件和光学成像系统。在分析系统非均匀性校正机理和影响的基础上,重点研究了标定黑体组件和光学系统选型及设计之间的关系,并在地面验证了系统非均匀性校正效果。利用在轨地球成像数据对系统的非均匀性进行了效果评估,评估结果表明满足在轨应用要求。

基于CMOS APS的星敏感器光学系统结构设计与优化

基于CMOSAPS的星敏感器是适应航天技术微型化的发展而产生的新一代姿态敏感器。结合星敏感器系统帧频以及探测信噪比阈值的要求,确定了合适的CMOS探测器件以及光学系统的通光孔径、焦距、工作光谱范围和中心波长等主要参数。分别基于球面和非球面,在ZEMAX平台上实现了具有良好像质的大孔径(F/1.198)、大视场(22.6°)、宽光谱范围(0.5～0.8μm)的两种光学系统的结构设计,满足了对弥散斑、能量集中度、畸变等的特殊要求。

广角长波红外物镜环境适应性分析

长波红外物镜受应用环境的影响很大,环境温度的变化会引起物镜的离焦效应,振动环境对光学装调提出要求,为了验证广角长波红外物镜的环境适应性能,对长波红外物镜的温度适用范围进行了理论计算,并通过光学设计仿真在该温度范围内物镜的成像质量,实际光学装调中考虑到光学物镜抗振性能,经过实际成像与振动试验得到,在Δt=±15°范围内和经过正弦对数扫描振动与随机振动试验后成像质量均良好,试验结果验证了长波红外物镜的环境适用性,该物镜能够满足空间使用的要求。

硅碳氢润滑油的空间长寿命润滑性能分析

为分析硅碳氢润滑油(SiCH)在真空边界润滑工况下的润滑特性,采用真空螺旋轨道摩擦试验机(SOT)测试了在1.5、1.75和2 GPa三种接触应力下润滑油的名义润滑寿命,利用真空往复摩擦试验机(SRV)测试了润滑油的往复滑动摩擦系数.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行显微形貌、元素组成及化学状态进行分析.结果表明:硅碳氢润滑油的真空名义润滑寿命较高,达到1936 r/μg(转/微克),其往复滑动摩擦系数和磨斑直径较815Z全氟聚醚润滑油均较小,耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能.真空四球试验前后润滑油的红外透过率分析结果表明,润滑油在红外地球敏感器工作的14~16.25μm波段透过率无明显变化.在电机真空寿命验证试验中,采用硅碳氢润滑油润滑的扫描电机旋转次数最高已达6.04×10~8次.润滑油的摩擦性能测试和电机寿命验证试验结果为处于边界润滑工况下的空间运动机构润滑失效提供了定量的判据,也为其他类似工况下的运动机构长寿命润滑设计提供试验依据.

双圆锥扫描红外地球模拟器精密光学校准

对地球模拟器进行光学精密校准是保证双圆锥扫描红外地平仪单机地面性能测试的必要前提。采用两台电子经纬仪建立三维坐标实时测量系统,实现对双圆锥扫描红外地平仪地球模拟器的精密光学校准。根据理论设计值作为参考值,与实际测量值进行比较,反复放样测量,进而调整地球模拟器的冷热边界,调校精度可使地球模拟器边界特征点坐标的定位误差控制在0.2mm之内。高精度位置控制保证了双圆锥扫描红外地平仪高精度的噪声等效角性能测试,可以保证噪声等效角(3σ)控制在0.07°以下。

空间摆动电机固体润滑轴承寿命试验研究

为验证红外地球敏感器标定组件摆动电机固体润滑轴承设计寿命是否满足在轨10年的指标要求,对2套标定组件进行了地面真空寿命试验验证。寿命试验结束后对标定组件性能进行复测,并对轴承内外圈滚道、滚珠表面进行扫描电镜和能谱仪元素成分分析。测试结果表明,标定组件寿命试验期间运行正常,电机电流稳定在0.16-0.18A,摆动电机累计运行寿命超过10年。轴承显微分析结果表明,轴承内外圈滚道、滚珠表面状态良好,无明显点蚀、磨损现象产生,轴承内外圈运动副表面均含有MoS?润滑膜,表明固体润滑状态较好。标定组件寿命试验结果验证了固体润滑方式可满足摆动电机轴承10年寿命要求,可为其它采用固体润滑微小轴承的空间摆动式转动部件长寿命设计提供参考依据。

多加热区晶体炉温场控制研究

在一台包含多个加热区的晶体生长实验炉中进行了温场控制实验研究。此炉的炉膛由 7个结构完全相同的陶瓷管电阻式加热器串行排列组成 ,各加热器间有隔热层 ,从而形成 7个加热区。 7对热电偶分别安装在各加热器中部管内壁上。此炉配备以Intel 80c31为核心的计算机温度控制及数据采集系统。该系统采用数字PID方式独立调节 7个加热区的温度 ,从而可以编程实现多种精密控制的静态和动态温场模式 :( 1 )实现高均匀度的等温温场 ,且温场的温度可以匀速升高或降低 ;( 2 )可以用相邻的 3至 4个加热区形成近似线性的梯度温场 ;( 3)通过控制形成温度梯度的加热器和其它加热器有序的匀速降温过程 ,实现梯度温区沿炉膛轴向等速移动 ,在坩埚静止的条件下完成晶体生长。此炉工作温度小于 90 0℃ ,控温精度为± 0 .5℃ (稳态 ) /± 1 .0℃ (降温 ) ,温度梯度范围为0℃ /cm～ 2 0℃ /cm ,降温速率≤ 1℃ /min(晶体生长速率≤ 1 5mm/h)。此炉有望成为一种新型的高精度、多用途材料加工装置。

低转速小负载无刷直流电动机稳速控制

根据无刷直流电动机的工作原理,针对圆锥扫描式红外地平仪对电机转速稳定性的特殊要求,建立了电机转速的数学模型,对电机驱动系统各环节进行设计,通过研究、分析、仿真和测试,得出电机最优控制方法,实现了电机转速的高稳定性,为卫星姿态测量与控制的高精度提供了技术保证。

静态红外地平仪的光学系统优化设计

分析了静态红外地平仪对卫星姿态测量的影响因素,发现测量误差主要来源于冷云的干扰,为了避开冷云的干扰,减少测量误差,又不使地平仪系统所接收的地球辐射能量太低,需要对光学系统重新进行优化设计。通过重新选择光学波段,并加大光学系统的通光口径,实现了光学系统的优化设计,对优化后系统进行分析计算,相对于优化前,系统所接收到的地球辐射总能量最多降低5%,但冷云的干扰却减少了30%。结果表明光学系统的优化设计将会大大提高静态红外地平仪对卫星姿态的测量精度。

空间扫描电机油润滑轴承寿命试验验证

为验证红外地球敏感器扫描电机轴承油润滑设计寿命是否满足5年的指标要求.首先,通过理论计算扫描电机轴承润滑油初始油量能否满足电机运行寿命需求.其次,通过扫描电机1:1地面寿命试验验证此油润滑方式的可靠性,寿命试验结束后对滚动轴承进行了显微观测,并对轴承进行了剖解分析.扫描电机在寿命试验期间运转正常,常温条件下电机电流稳定在20~40 mA,扫描电机累计运转时间已超过8年.轴承显微分析结果表明:内、外圈滚道和滚珠表面状态良好,轴承内圈运动副表面的面粗糙度从0.416μm变化为0.512μm,无明显点蚀、磨损现象产生,润滑状态良好.扫描电机寿命试验结果验证了含油保持架外加储油器供油的油润滑方式可满足电机轴承5年寿命要求,为其他处于边界润滑工况下的空间运动部件长寿命设计提供参考依据.

空间合成碳氢润滑油的真空边界润滑寿命评估

为评估空间润滑油能否满足处于边界润滑工况下的扫描机构8年长寿命要求,分析润滑油在空间环境下的摩擦磨损和长寿命润滑性能。以空间合成碳氢润滑油RP4751为研究对象,分别采用真空螺旋摩擦试验系统(SOT)和滑动摩擦试验系统(SRV)测试润滑油的名义润滑寿命(每消耗1μg润滑油时钢球转动的圈数)、磨斑直径和滑动摩擦因数,结合扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪进行微观分析。结果表明:RP4751润滑油在真空环境下滑动摩擦因数较小、耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能和较高的名义寿命;红外透过率分析结果表明,SRV试验前后润滑油未发生质变。利用2台RP4751润滑油润滑的扫描电机开展1∶1真空寿命试验,结果表明:RP4751润滑油润滑时电机寿命满足红外地球敏感器运动机构的8年在轨运行寿命需求;试验得到的电机轴承中的钢球润滑寿命大于等于2943 r/μg,该结果与SOT试验的润滑油名义寿命3598 r/μg有较好的一致性,为其他空间运动机构润滑油的选用及长寿命润滑设计提供重要试验依据。

三种固液复合润滑系统的真空边界润滑特性

为研究MoS_(2)/815Z、MoS_(2)/RP4751和MoS_(2)/RIPP4758三种固液复合润滑体系在真空边界润滑工况下的润滑特性,对三种固液复合润滑体系进行了真空往复滑动摩擦试验和真空螺旋轨道摩擦(SOT)试验研究,并对SOT试验后的球盘摩擦副平盘表面进行扫描电镜(SEM)和X射线能量色散谱仪(EDS)分析。试验结果表明,MoS_(2)/815Z和MoS_(2)/RIPP4758复合润滑体系中的固液润滑剂间为选择性结合,在摩擦过程中能够很好地发挥固液润滑剂的优势,有利于对偶转移膜和边界润滑膜的形成,MoS_(2)/815Z的平均润滑寿命达到了2327圈/μg,大于固体润滑剂和液体润滑剂的润滑寿命之和。MoS_(2)薄膜与RP4751液体润滑剂复合后不能很好地发挥固液润滑剂各自的优势,在摩擦过程中不易形成有效的对偶转移膜和边界润滑膜,并且使得薄膜在较短的时间内大量消耗从而造成摩擦副表面处于乏油状态,最终导致MoS_(2)/RP4751复合润滑体系的摩擦因数快速增大和润滑失效。

长寿命空间扫描电机轴承润滑油的研制

为研制长寿命空间扫描电机轴承润滑油(DP-1),研制了特定结构的合成烃基础油,研制采用了空间润滑剂专用极压抗磨剂、抗氧剂和其他添加剂,确定了空间扫描电机轴承润滑油(DP-1)的配方。研制油具有突出的润滑性能和热氧化安定性,优良的低挥发性、低温稳定性和黏温性能,并且具有很好的红外透射率。用户使用结果显示研制油可以应用于空间扫描电机轴承的长寿命润滑:该油已成功应用于多颗在轨卫星的空间长寿命润滑。其中最长地面真空实机试验已12年,在轨工作时间9年,超过了我国空间长寿命润滑第一阶段目标,目前仍在正常运行。

长波红外地平仪的无热化光学系统设计与实现

长波红外地平仪光学系统受空间应用环境的影响很大,环境温度的变化会引起光学系统的离焦效应,通过理论计算长波红外光学系统的温度适用范围,光学设计结果仿真在该温度范围内光学系统的成像质量,实际光机结构设计时考虑到光学系统的离焦补偿,实现长波红外光学系统的无热化设计。

基于衍射光学元件的红外弱目标探测系统设计

根据非制冷焦平面阵列(FPA)探测器性能参数以及所需探测红外弱目标的大小与探测距离,计算并设置了系统参数,设计并研制了与之相匹配的长波红外光学系统,实现了对红外弱目标的探测。该红外光学系统基于6°×6°视场角,采用像方远心光路来实现。分析与计算结果表明,采用衍射非球面设计的由两片Ge镜片组成的红外弱目标探测光学系统具有重量轻、系统能量传输效率高和像质优良的优势。与三片球面Ge-AMTIR1-Ge红外光学系统相比,系统质量轻25%,能量传输效率高7%;与常规非球面Ge-Ge透镜系统相比,像质改善50%。比较结果显示,可见衍射非球面光学元件在红外弱目标探测系统中具有较好的应用前景。

空间用合成碳氢润滑油的长寿命润滑特性分析

为评估空间润滑油在空间环境下的摩擦磨损和长寿命润滑性能,以空间碳氢润滑油RP4752为研究对象,分别采用真空螺旋摩擦试验机(SOT)和滑动摩擦试验机测试润滑油的名义润滑寿命、磨斑直径和滑动摩擦因数,结合扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪进行微观分析。结果表明:RP4752润滑油在真空环境下滑动摩擦因数较小,耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能,试验前后润滑油的红外透过率在14~16.25μm波段无明显变化。在真空寿命验证试验中,两台采用RP4752润滑油润滑轴承的扫描电机旋转圈数达3.02×10^8,满足运动机构8年在轨运行寿命的需求。此寿命试验结果与SOT试验的润滑油名义寿命每微克1615圈可形成比对关系,为其他空间运动机构润滑油的选用及长寿命润滑设计提供试验依据。

利用馈通滤波器提高电子设备EMC性能的设计方法

EMC性能是电子产品重要的性能指标,首先介绍了我国国家军用标准中对电场辐射性能的要求,阐述了一种利用馈通滤波器抑制电子设备电场辐射的设计方法。在此基础上结合应用实例,给出了电子设备电场辐射超标的机理分析、馈通滤波器参数选择方法及实验验证结果。实验表明该方法能有效改善电子设备的EMC性能。

新型线阵红外地球敏感器高精度激励源设计

在卫星用红外地球敏感器研制过程中,需要为其提供激励信号作为半物理仿真的测试基准。根据新型线阵红外地球敏感器的特点,设计一种高精度的激励信号发生系统。系统包括硬件部分和软件部分。系统获得软件设置的卫星姿态信息后,解算四路模拟的地球/太空穿越位置。根据穿越位置数字量,系统通过D/A转换控制输出锯齿波的电压信号,作为激励信号,实现对红外地球敏感器的半物理仿真。测试结果表明,系统输出的激励能够适应新型线阵红外地球敏感器进行高精度姿态性能测试和半物理仿真的要求,并已得到应用。

一种星载嵌入式软件容错启动系统设计

为提高空间复杂电离环境下星载嵌入式系统的可靠性,提出一种容错启动系统设计方法。该启动方法利用SPARC V8架构处理器(AT697)的异常处理陷阱机制,将EDAC和三模冗余两种方法结合起来,确保星载嵌入式系统在空间复杂环境下实现容错启动和运行。该系统将BOOT(引导)区域和主程序区域备份三份存储于EEPROM中。在启动阶段,利用AT697的EDAC功能对BOOT区域进行检查和纠错,当遇一位翻转时直接纠正;当遇到多位翻转时记录出错地址并进入特定陷阱,在陷阱通过三取二仅对翻转位进行纠正,不必对整个代码进行三取二对比,从而提高系统的启动速度和可靠性。该设计适用于信息存储系统,可为星载嵌入式容错启动设计提供参考。

红外地球敏感器测量误差分析及修正方法

红外地球敏感器作为卫星平台重要设备,在对地指向、姿态测量和天文自主导航等方面发挥着重要作用,高精度的地球敏感器量对于提高卫星姿态控制和天文自主导航精度具有重要意义。本文通过分析地敏测量误差的影响因素,提出随季节变化的地球CO_(2)辐射特性是影响地敏测量精度的重要因素;根据地球辐射模型构建了地敏测量修正方法,结合在轨实测数据分析验证,证明可以大大降低由地球辐射不均匀引发的误差,有效压缩地敏在轨测量误差。