空间超高比冲推进技术综述

比冲是衡量空间推进系统效率的核心指标,持续提高比冲是空间推进技术发展的永恒追求,以木星以远行星际探测为代表的复杂宇航任务对空间推进系统提出达到超高比冲的要求。系统梳理了超高比冲空间推进的主流技术路线,从静电加速机制、电磁场加速机制、新型推进剂加速机制以及新能源加速机制等方面阐述了实现超高比冲的技术途径,分析了提升比冲的关键技术,给出了超高比冲技术发展建议,展望了超高比冲技术的应用前景,为超高比冲技术突破提供参考。

电推进技术在通信卫星领域工程化应用综述

结合主流离子和霍尔电推进技术特点,介绍其用于地球同步轨道(GEO)卫星和低地球轨道(LEO)卫星的不同优势。从空间任务定位、产品特点、不同轨道高度空间环境差异等角度,分析电推进技术发展在轨道转移、高精度推力矢量控制等方面的总体需求及应用特点。提出电推进技术在通信卫星领域工程化应用在指标、布局、卫星匹配性等方面的系统设计思路,以及产品化、电磁兼容性设计、可靠性和长寿命验证等方面的发展建议,可为后续电推进产品研制提供参考。

离子推力器加速栅极离子运动规律的数值研究

以离子推力器栅极组件为研究对象,建立了3维数值模型,应用网格质点法研究了束流离子和电荷交换离子在栅极组件间的运动规律。根据给定的几何和物理参数,模拟得到了栅极组件附近的电势分布、束流离子和电荷交换离子的运动轨迹、速度相空间分布以及加速极电流等。模拟结果表明:加速栅极下游产生的电荷交换离子在电场的作用下会加速撞击加速栅极下游面,是造成加速栅极腐蚀的主要因素;栅极间产生的电荷交换离子会撞击到加速栅极孔壁面,使加速栅极孔逐渐增大。

多任务模式电推进技术

调研了多任务模式电推进技术在地球静止轨道卫星和深空探测器中的应用情况,电推进技术的应用由南北位置保持任务模式逐步向南北位置保持和轨道转移等多任务模式发展;总结了多任务模式电推进技术在功率需求、比冲、推力等方面的技术特点;从卫星平台技术、推力器技术、可变功率电源转换及控制技术、可变流量调节技术,以及多自由度、大角度矢量调节技术等方面,分析了多任务模式电推进在工程应用中要解决的关键技术。

高温超导磁悬浮助推缩比试验系统动态测试分析

基于磁悬浮助推技术概念研究方案建立了一套悬浮加速缩比试验系统。从整体缩比模型振动试验出发,主要研究悬浮质量以及悬浮刚度对整体系统动态性能的影响,并在进行缩比单元动态试验结论的基础上,建立试验模型的加速试验动态采集系统,对整体模型进行运行性能试验。在试验基础上提出了提高磁悬浮推进系统运行稳定性的依据,并据此提出相应可行的解决方案设想。通过模型加速试验并采集试验数据定性分析磁浮系统的综合运动性能,以更好地评估系统稳定特性和品质,也为进一步研究磁悬浮助推发射的气动、分离系统稳定性和可靠性提供参考。

离子电推进系统在高通量卫星上的应用测试及飞行试验

亚太6D卫星是由亚太卫星宽带通信(深圳)有限公司(亚太星通)采购,与香港亚太通信卫星有限公司(亚太公司)共同监造的一颗地球静止轨道宽带通信卫星,是中国首个开展电推进技术商业化应用的卫星。卫星采用了基于兰州空间技术物理研究所LIPS-200型离子推力器的电推进系统,电推进系统在轨执行卫星15年南北位置保持任务。由于性能验证必须具备真空环境,因此将电推进系统搭载在卫星上,采用一系列测试手段和方法,确认电推进系统与其他系统之间工作的兼容性。重点介绍了卫星电推进设计,集成性能测试、功能兼容联试、真空点火测试、真空电磁兼容测试等。对电推进初步飞行结果的分析表明,电推进系统与卫星全方位兼容。卫星发射入轨后,将对电推进系统的推力、功率等进行测试评估,确认电推进工作状态满足南北位置保持任务需求。

高温超导磁悬浮助推技术动态特性的试验分析

磁悬浮技术由于其高性能、低成本特性而被认为是一种较为理想的下一代发射系统方案.在概念研究方案的基础上建立了一套磁悬浮助推缩比试验系统,针对缩比试验系统的设计要求,建立动态测试试验分析系统,研究了YBaCuO高温超导体组合与NdFeB永磁体轨道所构成的磁悬浮系统单元的幅频响应特性、阻尼特性以及悬浮刚度特性等.试验表明,系统共振频率随场冷位置的提高线性降低,在零场冷时达到最低.系统静态刚度随悬浮气隙的提高逐渐降低,动态刚度受到场冷位置的影响明显.对磁浮系统阻尼特性进行的试验研究显示超导系统低频下具有弱阻尼特性,并受振动速度的影响.通过定性分析磁浮系统的综合动态性能,更好的评估系统稳定特性和品质,为磁悬浮助推发射试验平台工作的稳定性和可靠性提供基本保证.

GEO卫星霍尔推力器羽流防护结构混合PIC模拟

霍尔推力器应用于GEO卫星时,羽流会对太阳能翼板表面高透光玻璃盖片产生一定的影响,导致太阳能电池整体输入功率降低。因此,有必要针对羽流的影响对翼板表面进行一定的防护。在对目前国内外羽流安全性评估及防护方面的工作进行一定调研的基础上,针对SPT100应用于典型的GEO轨道卫星时的情况,利用SPIS软件运用混合单元粒子(PIC)方法模拟了两种可能的太阳能翼板羽流防护方案,并分析比较了每种方案的优缺点及防护效果,为推力器在轨飞行时的羽流防护提供一定的借鉴。

基于高斯伪谱法的化-电混合推进系统转移轨道优化设计

提出利用化-电混合模式推进系统完成地球同步卫星轨道转移任务,该推进系统极具应用前景,能够满足高有效载荷率、高入轨精度的工程实践需求。并针对基于该混合模式推进系统的转移轨道的优化方法展开研究,提出一种多阶段最优控制问题(OCP)的高斯伪谱法求解方法。该方法通过分段点的关联设置,将多个经高斯伪谱法转化而来的非线性规划问题转化为一个连贯的非线性规划问题(NLP)。两个不同算例的仿真过程与分析结果表明,该方法能够有效地解决多阶段非光滑连接轨道的优化问题,具有运算效率高、收敛性半径大、求解精度高等优点,可便捷地处理化-电混合模式推进系统的转移轨道优化设计问题。

离子发动机交换电荷离子返流的粒子模拟

建立了离子发动机羽流的物理模型,采用粒子网格对羽流中的交换电荷离子的分布进行了模拟,电场方程使用完全近似格式的代数多重网格方法求解。利用计算设备统一架构技术开发出一套基于图形处理器的3维并行粒子模拟程序。计算结果表明,交换电荷离子在径向扩张型电势结构下会向束流区外运动,一部分交换离子在电场力作用下会向发动机上游运动,从而形成返流。发动机上游区域的交换电荷数密度与束流等离子体数密度相比降低了3～4个数量级。通过降低电子温度可有效降低返流电流。

可用于航天助推发射的高温超导磁悬浮技术

为了满足低成本、高安全可靠的可重复使用航天运载器发展需要,磁悬浮助推发射技术以其高地面起飞速度,提供了一种可能的技术途径。设计和研究了一种永磁导轨与高温超导体作用形成的磁悬浮系统。通过建立磁悬浮单元准静态力测试系统,分析了块状高温超导体在永磁导轨上方不同位置作用的悬浮特性。然后建立高温超导磁悬浮缩比研究试验平台,其包括4个磁悬浮单元和7米双永磁导轨。通过测试和分析试验平台在不同场冷高度和载荷条件下的悬浮特性,得出低场冷高度有利于提高磁悬浮发射装置的横向稳定性。

图形处理器并行计算用于离子发动机粒子模拟

为了研究离子发动机羽流对航天器的影响,采用质点网格-蒙特卡罗碰撞方法对离子发动机羽流中的交换电荷离子进行了模拟。利用计算设备统一架构技术,开发出一套基于图形处理器的并行粒子模拟程序。随机数生成采用并行MT19937伪随机数生成器算法,电场方程使用完全近似存储格式的代数多重网格法求解。r-z轴对称坐标系中,在z=0 m处获得的电流密度均值为4.5×10^-5A/m^2,图形处理器所得结果与中央处理器模拟结果吻合。在16核心的NVIDIA GeForce 9400 GT图形显示卡上,取得相对于Intel Core 2 E6300中央处理器4.5-10.0倍的加速比。

考虑两相表面反应的二硝酰胺铵点火研究

为了研究固体推进剂二硝酰胺铵(ammonium dinitramide,ADN)点火过程中物理化学变化,建立了1个考虑两相(固相和气相)表面化学反应的点火模型。该模型基于固相与气相的质量守恒方程、组元连续方程、能量守恒方程及有限速率化学动力学方程而建立,并引入多组元系统状态方程封闭方程组。模型中包含35种组元,2个固相ADN总分解反应和166个气相细节(基元)化学反应,并使用温度函数表示物性参数进行计算。应用该点火模型对0.1 MPa下ADN在不同初始温度下点火延迟时间进行预测,计算结果与试验数据较吻合,说明该点火模型较准确地描述了ADN点火过程;计算表明,ADN点火延迟时间随初始温度升高而急剧缩短,且初始温度高于600 K时,温度存在一个短时间的降低过程;计算得到ADN完全燃烧产物为H2O(0.393)、N2(0.394)、O2(0.193)及极少量的NO(0.009),表明ADN是一种绿色无污染低特征信号推进剂。

离子推力器羽流沉积对卫星热控影响研究

离子推力器的羽流是等离子体,等离子体的组成是带电粒子,这与传统的化学推进系统的羽流成分有很大不同,带电粒子有在卫星表面吸附的倾向,会形成羽流沉积污染。这种羽流沉积会改变卫星表面的吸收率和发射率,从而影响卫星的热控性能。为了预测离子推力器的羽流对卫星的热控性能的影响,建立了离子推力器羽流模型。所建模型采用了工程化离子推力器的在卫星上的布局位置和离子推力器的工作参数,模拟了离子推力器的正离子与中和电子束在工程化中分置的实际情况,使模型更为符合实际。通过数值模拟得到了离子、电子、中性粒子的空间分布,电场分布,得到了钼粒子在卫星表面的分布及沉积厚度,比较了模型计算的离子分布与实验获得的离子分布情况,说明了模型分析的正确性,给出了卫星表面热性能的变化及局部区域温升的最大包络可达二十多度的结果。

电推力器中复杂电场求解的超松弛并行算法

目前,电推力器中复杂电场的三维泊松方程求解仍存在速度偏慢、并行性欠佳等缺陷。通过分解三维求解区域,针对复杂电场提出一种超松弛并行(P-SOR)迭代算法。将求解区域划分为多个子块,利用超松弛迭代格式构造出若干分组显式格式,分别给出不同迭代步数下的求解方程以进行并行计算。通过数值模拟,计算时间至少缩短一半以上,该P-SOR方法较传统迭代格式在快速性方面取得较大进展,对电推进领域的数值仿真研究起到促进作用。

利用并联氙气瓶温差补偿航天器质心偏移的可行性研究

在以往航天器研制中,一般通过增加配重的方式对航天器质心偏移进行补偿。这种质心补偿方式占用了运载火箭承载能力资源,降低了航天器的有效承载能力。针对常规质心补偿方式的弱点,利用电推进航天器上氙气高密度填充的特点,提出了一种通过氙气瓶温度控制对航天器质心偏移进行补偿的方法,减少了航天器配重的使用需求。氙气瓶温差对航天器质心偏移的补偿能力与氙气质量占比、氙气瓶质心间距等正相关。在典型航天器应用条件下,利用氙气瓶温差可对几十毫米量级的航天器质心偏移进行补偿,补偿误差最低可达到2 mm左右,可为电推进航天器的质心控制提供参考。

离子推力器羽流钼原子沉积对卫星OSR片热控性能影响的仿真分析

离子推力器栅极组件中溅射出的钼原子随束流飞出,部分沉积在卫星光学太阳反射镜(OSR)表面,会对其热控性能产生影响。文章结合推力器与OSR片的相对位置,得到钼原子在OSR表面的分布;根据沉积厚度得到钼膜及复合膜的发射率和吸收比分布;根据OSR表面的热平衡方程,得到其温度分布,从而获得了钼原子沉积对OSR片热控性能的影响。结果表明:钼原子沉积引起OSR片的吸收比增加,OSR片温度升高最大为几十摄氏度,对温度变化较为敏感的设备应避免安装在推力器周围。

基于非结构网格的离子推力器羽流数值模拟方法研究

为适应复杂的航天器外形,文章采用基于非结构网格的数值模拟方法研究离子推力器真空羽流的基本特征。首先,介绍了非结构网格划分的方法,并分析了建模区域生成各种拓扑关系的特点;然后,提出了粒子穿越网格的具体算法,包括有利于减少计算量的结合矩阵重标号的带宽压缩算法;最后,开展了模拟结果和试验结果的对比研究,验证了以上数值模拟方法的可行性。

水足迹研究演变与中外研究对比--基于文献计量分析

在中国后工业化时期,水资源所面临的问题越来越多,规范水资源的供给与使用形势日趋紧迫。水足迹的研究对于规范化、标准化水资源使用有着重要的意义。因此,选取Web of Science收录的期刊文献为研究对象,检索出1992-2018年有关水足迹的相关文献4977篇,同时期CNKI收录的核心期刊文献740篇,从水足迹发文量、研究方法、作者、关键词词频等方面,综合运用文献计量法和社会网络分析方法,通过Bicomb、Pajek等软件对水足迹领域期刊文献进行定量研究,旨在反映水足迹的研究现状与演化趋势,探讨水足迹研究发展过程中存在的问题,并指出其未来可能的研究热点和发展趋势。

民德的人民生活与社会福利

民主德国进一步建设社会主义的总任务是:在生产、经济效益、科学技术进展和劳动生产率高速发展的基础上,逐步改善人民的物质和文化生活水平。民主德国经济力量的增长,为保障和提高人民的物质和精神文化生活水平创造了必要的有利条件。人民生活水平的高低,取决于他们通过自己的劳动所得到的收入。民主德国《劳动法》第95条第1节规定:'社会主义国家保证,主要通过劳动收入提高劳动人民的物质和文化生活水平。