基于分割法的抛物面固面天线热变形抑制

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主波束效率的影响。对连续固面天线六点支撑下不同支撑位置对其热变形的影响进行了研究。在温差为200℃的均匀温度场下,分析了不同形状单胞的形面误差,随后确认采用正六边形作为分割单胞并对其形面误差与尺寸的关系进行了研究。研究了分割单胞的尺寸及排布方式对天线的形面误差及电性能的影响,并验证了分割单胞之间的缝隙对天线电性能的影响,最终确定分割方案。结果显示,分割后天线形面误差从500μm降低至5μm,主波束效率下降值从6.72%下降至1.77%。

飞行器舱段径向连接结构优化设计

针对飞行器建立一种实体单元螺栓建模的飞行器舱段径向连接结构有限元模型。然后考虑参数敏感性分析步骤构建结构质量优化设计流程。最后对不同舱段直径和舱段材料的飞行器径向连接结构进行优化设计,得到优化设计方案,并比较分析不同舱段材料性能的优劣。研究成果可为飞行器径向连接结构早期的无样本强度预测设计缩短设计周期并节省成本。

航天结构空间组装动力学与控制研究进展

空间组装是建造空间站、大型卫星天线、大口径空间望远镜、空间太阳能电站等大型和超大型航天结构的重要手段.然而,航天结构组装过程将面临构型增长、参数变化、轨道-姿态-结构耦合、接触碰撞等复杂的动力学与控制问题,给精准、高效、稳定完成组装任务带来挑战.本文介绍了大型航天结构的动力学建模方法、超大型航天结构特殊的动力学现象、航天结构空间组装过程的动力学建模研究现状;综述了航天结构在轨运行阶段的控制方法、空间组装过程的组装序列规划方法、姿态控制与振动抑制方法研究进展;总结了航天结构组装过程动力学与控制地面模拟试验中的重力卸载、缩比模型设计与试验、非线性与不确定性试验等关键技术.最后,面向未来千米量级超大型航天结构空间组装需求,针对组装过程中结构尺寸、质量和力学参数跃变等特性提出了当前研究工作中亟须解决的几类动力学与控制问题.

一种基于敏感因子加权的机构动力学仿真方法

为了解决批产高精度调焦机构有限元分析与扫频试验结果存在偏差的问题,提高空间复杂机构设计能力,文章提出了一种基于敏感因子加权系数的机构动力学有限元分析法。该方法基于Hertzian接触理论建立了运动副连接的等效刚度模型,确定了敏感因子及其刚度贡献的关键方向,根据刚度与基频关系以及相关试验数据,为模型中敏感因子分配了加权系数,实现了机构的高精度仿真。利用该仿真方法对某空间相机高精度调焦机构进行仿真分析,并与扫频试验进行对比,结果表明前三阶基频振动特性一致且误差均小于2.8%,验证了该方法的有效性和计算效率,可为高精度空间机构的仿真分析提供一定参考。

一种空间用大口径扫描装置锁紧机构设计

由于红外探测器尺寸限制,大多数光学遥感器仍采用扫描装置来扩大探测视场,随着相机口径及探测视场的增大,扫描装置中扫描镜口径越来越大,对扫描镜支撑元件的承载能力要求也随之提高。文章为了确保某项目扫描装置中的扫描镜支撑元件不被过载破坏,根据扫描镜口径及过载条件,提出一种高承载能力、高刚度、可重复使用,且能够满足支撑元件过载受力要求的锁紧机构;阐述了锁紧机构的组成和工作原理,针对过载要求分析了锁紧机构核心部组件的承载能力及锁紧力,并根据过载条件进行了力学仿真分析;最后开展了振动试验,结果表明该锁紧机构可对扫描装置中扫描镜支撑元件安全锁紧。

多旋转关节空间太阳能电站概念方案设计

对于国际上典型的空间太阳能电站概念方案进行了分析,在此基础上提出了一种新的概念方案——多旋转关节空间太阳能电站,并给出总体构型和主要分系统初步方案设计结果。该方案采用多个相互独立的太阳电池子阵代替了传统的整体式太阳电池阵,以多个中等功率的导电旋转关节替代传统的极高功率的旋转关节,不仅解决了传统空间太阳能电站方案中的极大功率导电旋转关节技术难题,还可以避免导电关节的单点失效问题,模块化的设计也使得系统的组装和构建更加可行。

一种用于空间在轨装配的两级递阶智能规划算法

为了解决空间装配规划问题,分别在桁杆层通过连接矩阵来表示装配序列,在结构单元层通过定向图表示法保证装配任务的可行性,并给出了一种多空间机器人连续装配策略。由此提出了一种两级递阶智能规划算法:一级规划根据分层表示,通过考虑装配方向和时间影响的改进蚁群算法生成无任务分配的装配序列;二级规划根据连续装配策略和一级序列,进一步通过考虑任务空闲度和路径效率影响的改进蚁群算法递阶生成有任务分配的装配序列。算例研究分别给出了两级规划得到的装配序列,并检验该算法是可行的。

空间太阳能电站反向波束控制仿真分析

分析几项重要的空间太阳能电站反向波束控制技术研究工作,提出空间太阳能电站微波无线能量传输(MPT)分系统的初步方案和主要参数,在此基础上建立空间太阳能电站微波波束发射和反向波束控制仿真模型,重点分析发射天线子阵列的微波馈电相位误差、频率误差和姿态误差等因素对于系统传输效率的影响,相关结论将为微波无线能量系统的设计和微波无线能量传输技术的研究提供参考。

太阳帆航天器研究进展及其关键技术分析

简要阐述了太阳帆航天器的概念、推进原理,并对其技术特性、应用优势进行了分析。介绍了太阳帆航天器的研究现状,重点阐述了国外成功案例的具体细节,总结了国外对于太阳帆航天器的最新研究计划,分析了未来太阳帆航天器的发展趋势。随后重点讨论了太阳帆航天器结构设计技术、大面积薄膜制备技术、姿态控制技术、折叠展开技术以及地面试验技术等关键技术,总结分析了国内外对太阳帆各关键技术的解决策略及方法,为我国在该领域开展相关研究提供技术参考。

吸气式激光推进环聚焦光船设计方法

激光推进是一种先进的推进技术,光船是进行激光推进研究的模拟飞行器;提出了吸气式激光推进环聚焦光船设计方法和原理,数控机床加工中光船内表面和外表面尺寸计算方法,以及体积、质量和质心位置计算方法.对空气吸气式模式的激光环聚焦推进光船设计和试验研究有重要参考意义.

空间绳系机器人系统动力学建模与仿真研究

针对经典"珠子"模型在计算精度和求解速度方面的不足,提出了一种基于有限单元法的高精度建模与快速求解方法。首先在考虑系绳非线性应力-应变关系的基础上,利用Hamilton原理和C-W方程推导了系统在轨道坐标系下的动力学模型,然后使用三阶的一维单元对系绳进行了离散化处理,并给出了一种利用纽马克-β法进行预估,由Newton-Raphson法进行迭代校正的高效时域求解算法,从而实现了对于系统状态的高精度快速求解。仿真结果表明:与经典的"珠子"模型相比,在分段长度相近的情况下,本文的方法不仅求解精度更高,而且计算速度能够提高至少10倍,另外还能够避免仿真过程中张力出现虚假振荡。

太阳帆动力学建模与姿态控制

对基于控制杆的太阳帆航天器,对其结构进行合理简化,应用矢量力学原理建立了太阳帆航天器刚柔耦合动力学方程,通过求解太阳帆航天器支撑杆的非约束模态,进而给出太阳帆航天器动力学方程的求解方法.结合运行于超地球同步转移轨道上的太阳帆航天器的偏航轴对地定向任务,设计了基于控制杆的太阳帆航天器俯仰轴Bang-Bang PD控制器.数值仿真结果表明,所设计的控制器可以在700 s内实现考虑太阳帆航天器结构振动的偏航轴对地无偏差定向任务.

在轨服务飞行器总体技术分析

在轨服务飞行器(on-orbit service vehicle,OSV)因功能多样、结构复杂、种类繁多而难以进行总体设计,为此,对其进行深入的技术分析。从服务需求和任务过程的要求出发,分析OSV的主要功能需求,提出需要突破的关键技术;按照各分系统的不同功能,将OSV分为平台和载荷2部分进行组成结构分析;按照OSV功能多样化程度以及服务任务周期的特点,对OSV进行分类研究。该研究可为OSV的整体规划与总体设计提供技术支持。

太空发电站参数化有限元建模与设计平台

在进行太空发电站的动力学与控制研究时,由于其结构尺寸庞大,单元与节点众多,传统有限元建模方法效率极低,通常只能将其假设为刚体或刚柔耦合系统,但这种近似简化处理必然会导致真实动力学特性的缺失。因此,文章提出一种太空发电站参数化有限元建模方法并建立设计平台,旨在缩短有限元建模周期,提高太空发电站设计、分析与优化的效率。以平台式太空发电站为原型,介绍了其基本参数与有限元模型。定义了易用的有限元节点与单元编号规则并给出了参数设置过程。借助APDL、UIDL,以及TCL/TK的混合编程技术,建立了太空发电站参数化有限元模块及设计平台,利用简单的菜单及人机交互界面实现电站的参数化有限元建模,设计人员从输入参数到开始建模的前处理时间不会超过2min,提高了建模效率。

美国重复使用运载器的发展历史、现状及启示

简要回顾了美国过去 40多年来重复使用运载器及其支撑技术的发展历史 ,讨论了其中所取得的成就及存在的问题 ,总结了一些经验教训 。

形面精度可调节的单层索网空间抛物面天线

大口径高形面精度的空间可展开天线是未来航天器天线的重要发展方向之一。提出了一种新型形面可调节的单层索网空间可展开天线。通过对单层索网进行静力平衡分析,给出了单层索网天线的内力计算方法,并基于能量法,建立了单层索网天线的形状预测理论模型,实现了单层索网天线的三步法找形方法。基于理论分析结果,建立了50 m口径的单层索网天线的有限元模型,通过有限元模型对建立的单层索网理论设计分析方法进行了验证,并验证了单层索网天线的形面精度及在轨调整的可行性。理论分析和有限元分析结果表明,单层索网天线拓扑构型简单,可通过改变天线中心轴的长度,实现天线形面的在轨调节。在100℃的均匀温差下,通过在轨形面调节,50 m口径单层索网天线的形面误差可降低至5 mm以下。

拦截器制导系统敏感装置捷联布局设计研究

针对在大过载直接侧向脉冲力作用下,动能拦截器捷联寻的器和捷联惯组在各自安装位置处所敏感到的、由弹性振动所导致的转角及其不一致性,耦合入制导系统后,会对拦截器高精确制导性能产生不良影响,并可能造成拦截任务失败。分析了制导系统敏感装置所敏感到的弹性振动信号对制导指令误差的影响。对捷联寻的器与捷联惯组的四种典型捷联布局形式进行了探讨。基于结构动力学观点,研究了捷联布局形式、敏感装置捷联刚度这两个设计要素对两敏感装置转角及转角差的影响;得出了弹体弹性振动条件下两设计要素对捷联敏感装置转角响应影响的特点。

环境与灾害监测预报小卫星星座A/B卫星运行与发展展望

环境与灾害监测预报小卫星星座A/B卫星(简称环境减灾一号A/B卫星)于2008年9月6日发射入轨,到2018年9月已经运行十年。十年来,作为我国环境与灾害监测预报首个专用卫星星座,双星一直在为我国环境保护、灾害监测及其他行业提供连续不断的可见光、红外及超光谱遥感数据信息。文章分析整理了十年来双星在轨星座运行情况、卫星供电情况及其他卫星主要功能状态,简述了成像任务及应用情况,分析提出了星座主要技术成果,总结了双星设计与在轨运行的成功经验,并对环境减灾后续卫星技术进行了分析与展望。

太空探索正在进入航天器集群时代

随着科学技术的发展,现代小卫星的优势越来越明显,一方面,以美国、欧盟为首的航天大国已经将现代小卫星技术列为航天技术发展的重点领域之一;另一方面,多颗小卫星协同工作完成复杂太空探索任务已成为当今国际航天领域的一个研究热点。航天器集群的应用与开发必将成为未来国际太空发展的战略重点。为了全面地呈现这一技术,本文首先讨论微纳航天器集群概念的产生、定义和功能,介绍了集群鲁棒性、容错性和可扩展性,指出了航天器集群的优势,然后归纳和总结了国内外航天器集群的应用模式,并比较详细地分析了未来的国外航天器集群项目的应用模式和价值,在此基础上指出了航天器集群的关键技术要点和问题。

卫星集群系统的应用现状与发展动态

目前,小卫星发展非常之快,其研究备受世界各国高校的关注,甚至拓展到高中生的科技创新竞赛中。小卫星集群的概念在国际航天领域得到广泛关注,其发射过程已经从过去的搭载发射转化为共享发射。本文调查分析了近40个小卫星集群的应用案例,包括地球科学探索任务、深空探测任务,以及技术验证任务等,并根据它们的应用类型、集群规模,以及总体技术进行了综述。在此基础上,提出了未来小卫星集群飞行任务所面临的关键问题。最后,对未来小卫星集群任务发展方向进行了展望。