空间站高温材料科学实验系统热控设计及验证

中国空间站高温材料科学实验系统(HTMSES)是中国新一代的可长期在轨运行的综合型多功能空间材料实验装置,其组成复杂、布局紧凑、实验温度高、部组件散热困难,使热控设计难度较大。基于液冷主动控温、辐射间接控温、结构热控一体化协同优化设计等多种思路对热控组件进行设计,有效解决热控难题。利用有限元分析软件计算科学实验系统热设计的温度结果;然后开展加热实验对热设计方案进行验证。数据显示HTMSES在提供材料制备所需要的最严苛实验工况(1200℃)情况下,各关键部件处于友好的温度范围内,其中电机最高温度为42.2℃,编码器最高温度为40.6℃,丝杠最高温度为62.4℃,滑块最高温度为59.6℃,导轨最高温度为57.3℃,科学实验系统皮肤可触及部位最高温度为31.6℃,各温度结果均满足热控指标要求,表明设计方案合理可行,为同类型设备热设计提供了一种设计思路和参考依据。

基于混合光源的星模拟器光谱研究

提出了一种基于氙灯和卤钨灯混合光源的星模拟器光谱模拟方案.采用氙灯和卤钨灯组成宽光谱光源灯阵,并通过色温模拟与控制模块后射入积分球,为星模拟器提供理想光源,模拟出与特定色温3 900K,4 800K,6 500K相近的光谱曲线.通过对标准黑体光谱曲线的仿真,计算出滤光片各个微小波段最优透过率,并对微小波段区间的透过率进行区间合并处理,得到满足设计指标要求的滤光片透过率,实现对特定色温光谱曲线的模拟.仿真结果表明,采用本文方案能够满足微小波段匹配模拟误差在10%以内,用相对面积法验证匹配误差在4%以内,从而为星模拟器模拟特定色温的光谱曲线提供有效的方法.

航天器真空热试验用红外灯光谱分布研究

对航天器真空热试验用红外灯的光谱分布进行研究。通过对红外灯电流—电阻相关分析和数值拟合,建立了红外灯的功率计算模型和红外灯灯丝温度计算模型以及红外灯石英玻璃管的温度计算模型;最终给出了红外灯在不同电流下光谱分布模型。采用S2000光纤式光谱仪进行了红外灯光谱分布测试,结果表明红外灯光谱分布模型准确。研究成果可以为采用黑片式热流计测量红外灯阵到达热流奠定基础。

基于μLED发光技术的新型星模拟器设计

针对常规星模拟器存在的模拟参数少、精度低和模拟技术难度大等具体问题,将μLED发光技术引入到星模拟器的设计中,提出一种基于μLED发光技术的新型星模拟器研制方法。结合星模拟器准直光学系统设计结果,详细设计了整体机械结构,以确保其具有在仿真环境下,最大程度弱化温变、振动等外界因素的特性。重点研究星点位置精度和星点发光亮度的控制技术,并对星点圆度、星点发光均匀度以及星点光谱控制技术进行具体分析。分析与测试结果均表明,所设计的星模拟器具有星间角距精度小于3″,多种5个连续星等模拟,同时满足星点圆度、发光均匀度以及发光光谱的多参数模拟性能。所提出的设计方法也为更高级别的星模拟器研制提供一种可行的技术方案。

研制空间实验室烟火检测和消防系统

文章介绍了美国空间站的烟火检测和消防系统,并对我国空间实验室烟火检测和消防系统的研制工作做了初步设想.

在轨测试系统通用平台建设的研究

对目前国内外在轨测试技术的发展及国内航天测控需求进行了研究分析,提出了建设通用在轨测试系统平台思路和通用平台的初步设计思路。

长焦宽谱校正二级光谱畸变光学系统设计

一星模拟器需要设计一长焦距宽谱段、机场2ω＝8.425°的光学系统．本设计的成功在于两个关键因素．首先，打破双焦、双分透镜选用冕一火石（K－F）或火石一冕（F－K）玻璃组合的惯例，而选用火石－火石（F－F）玻璃组合，为在λ＝0．85μp时二级光谱及畸变达标，前组加一块特种火石玻璃．其次，前后两组各自保留0．7mm反号的位置色差，使各谱线的球差曲线有相对应的排列顺序和大致相同的间距．设计出结构较短的系统；像质上达到了校正二级光谱。

性能优异的美国“火星科学实验室”

美国"火星科学实验室"(MSL)将于2011年11月25日-12月18日发射,于2012年8月6-20日在火星的盖尔环形山(GaleCrater)着陆,计划工作时间为1个火星年(687个地球日)。在此期间,它所携带的好奇号火星车将挖掘火星土壤,钻取火星岩石粉末,对岩石样本进行分析,探测火星过去或现在是否具有支持微生物生存的环境,从而确定火星是否具有可居住性。"火星科学实验室"项目的主承包商为波音公司和洛马公司,整个项目由美国航空航天局(NASA)喷气推进实验室(JPL)管理,该项目总成本约为25亿美元。

空间微重力环境下铅锑合金的研制

将称量好的小块高纯铅和锑以共晶配比(Pb-11.2wt%Sb)封装在石英试管中,在卫星自由飞行期间加热熔化并缓慢冷却进行了重熔和再结晶实验,同时也进行了地面对比模拟实验。结果表明,空间样品外形较为光滑,显微组织为均匀细密的共晶;而地面两样品,一个产生了两端分离的现象,另一样品中间存在“细颈区”,其显微组织,除上部表面有块状的富锑相外,其余部分都是典型的亚共晶组织。分析这些差别的原因,是由于在空间微重力环境下重力引起的自然对流大大降低的结果。

国际空间站美国太空国家实验室运营与管理研究

国际空间站(International Space Station,以下简称ISS)是人类在近地轨道建造的第十个空间站,同时也是人类有史以来在近地轨道建造的最大飞行器。美国国家航空航天局(以下简称NASA)、俄罗斯国家航天集团公司(Roscosmo)、欧洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、加拿大航天局(CSA)直接参与了国际空间站大型模块的组装和建设。自1993年以来,美国已投入上千亿美元建造以及运营国际空间站,每年投入30亿-40亿美元。

基于LCOS拼接技术的动态星模拟器光学系统设计

为了满足动态星模拟器大视场、高精度的技术要求,针对传统星模拟器光学系统的技术特点,提出了一种基于硅基液晶(liquid crystal on silicon,LCOS)光学拼接技术的动态星模拟器光学系统设计方案。结合动态星模拟器的技术指标,使用LCOS作为星图显示的核心器件,通过LCOS光学拼接技术来实现星图显示覆盖全视场并满足拼接误差≤10″的拼接结果。根据动态星模拟器的工作原理,设计小畸变、平场复消色差的准直光学系统以实现动态星模拟器实时准确模拟星点,其设计结果表明:在10.2°视场角内准直光学系统相对畸变≤0.025%,调制传递函数(modulation transfer function,MTF)在60 lp/mm达到0.7。通过经纬仪实际测量,其星对角距误差≤25″,单像元等效张角误差≤6″,满足设计指标中的要求。

空间实验室天地一体化故障诊断技术研究

航天器故障诊断不仅可以提高航天器安全性和可靠性 ,而且可以节约航天器安全寿命期成本。文中详细阐述了空间实验室天地一体化故障诊断系统方案。整个故障诊断体系由在轨诊断系统和地面诊断系统组成 ,在轨诊断系统具有部分自主诊断能力 ,地面诊断系统又分为系统级故障诊断和分系统级故障诊断。强调了基于模型推理技术 (特别是多信号建模技术 )在空间实验室天地一体化故障诊断系统中的重要性 ;

太阳辐射观测仪余弦误差修正方法

为了提高太阳辐射观测仪测量准确度,针对余弦校正器自身漫射特性和菲涅耳反射引起的余弦误差,研究了不同安装形式、不同结构下修正余弦误差的方法.结合太阳辐射特性和余弦误差的产生因素,提出了余弦校正器外露、余弦器外露配合挡光环两种安装形式下的余弦误差修正方法,以及余弦校正器、积分腔两种结构形式下的余弦误差修正方法.根据太阳辐射观测仪的使用要求,利用TracePro对不同安装方式下的余弦误差进行建模仿真,利用高准直性太阳模拟器配合转台和转臂模拟不同方向的准直太阳光,并实测余弦误差.实测结果表明,余弦器外露配合挡光环形式下,入射角小于±80°,余弦误差可优于±6%.该修正方法可有效地减小太阳辐射光大入射角情况下的余弦误差,提高太阳辐射观测准确度.

基于月球真实辐射亮度的月球模拟器光学系统设计

为了满足月球模拟器辐射亮度和特定月相模拟的技术要求,针对传统的月球模拟器基于太阳模拟器工作原理只能实现月球辐照度的模拟,提出了一种基于月球真实亮度模拟的月球模拟器光学系统设计方案。结合月球模拟器的技术指标,使用LED拟合光源作为设计核心,根据月球照度、太阳光谱和人眼视觉函数计算出月球真实辐射亮度,设计符合真实亮度要求的月球模拟器光学系统并利用lighttools软件对LED拟合光源进行辐射亮度仿真。根据特定月相模拟以发光面圆心为基准的设计理念,阐述了发光面圆心位置转换的测试方法,并对精度进行分析。试验与仿真结果表明:月球模拟器光学系统可实现真实亮度模拟以及圆心位置精确定位。

基于LCOS拼接的高精度高动态星模拟器设计

为了满足基于硅基液晶(LCOS)拼接的动态星模拟高精度与高动态的要求,对传统的拼接方法及修正方法进行了提升与优化。提出了将拼接系统的一块偏振分光棱镜(PBS)拆分为三块PBS的方法进行光学拼接。针对新的拼接结构,设计了长出瞳距,低畸变、消色差目镜系统,并进行了像质评价。重点阐述了像差对动态星模拟器星点位置的影响,详细论述了一种基于星模拟器光学系统位置像差的修正方法。结果表明:光学系统在12°×12°的视场范围内,相对畸变小于0.035%,且在奈奎斯特频率为v=60lp/mm时,全视场的MTF不小于0.8。新的拼接结构提高了两片LCOS显示对比度的一致性,加强了动态星模拟器在星敏感器动态测试中的可识别率。新的修正方法提高了星图的显示精度,经测试其星间角距误差小于7″,符合设计要求。

姿态敏感器地面标定精密调整机构设计

为了满足光学姿态敏感器地面标定更高精度的应用需求,针对当前敏感器地面测试设备的标定精度与设计值不一致的实际问题,提出了一种分辨率高、稳定性好的五自由度精密调整机构设计方案。分析了光轴一致性误差对星点位置误差的影响,结合姿态敏感器技术指标,采用搭积的调整层结构形式及合理的消隙方法,设计符合敏感器标定要求的调整架机械结构并进行力学分析。仿真结果与测试数据表明:调整机构的实测位移分辨率优于0.1μm,角分辨达到0.1″,在对星图的反复测试中,降低了光轴一致性误差对测试结果的影响,星点位置误差比使用常规调整机构时提高了5″以上,达到了敏感器地面标定的精度要求。

国产材料可凝挥发物原位测试与评价

采用真空中材料可凝挥发物测试设备，测量了数十种国产空间材料，其加热温度在２５～１２５℃，凝聚温度在－１８０～２５℃，测量持续时间在２４～１５００ｈ下的可凝挥发物。

大光斑高均匀度发散式太阳模拟器设计（英文）

为了实现大光斑直径高均匀度太阳辐照模拟,设计了大光斑发散式太阳模拟器。根据太阳光谱分布特性选取短弧氙灯作为光源,建立光源功率计算模型;基于成像倍率和氙弧峰值点离焦量之间的关系,优化设计聚光系统和光学积分器,提高太阳模拟器的辐照均匀度;同时,结合短弧氙灯的光谱特性,建立光谱匹配模型,设计光学滤光片在不同波长的透过率。实验结果表明:设计的发散式太阳模拟器辐照面积为Φ2 m,当工作距离为6、8、10 m时,辐照不均匀度分别优于3.33%、3.51%和4.3%,且光谱与AM1.5太阳光谱A级标准相匹配。

基于LCoS拼接技术的动态星模拟器光学引擎的优化设计

为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光,对传统的光学引擎进行优化,提出一种多偏振分光棱镜组合方式,并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案,讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真,对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明:优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光,并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.

静态星模拟器设计与精度分析

为了实现对星敏感器进行的地面标定和精度测试,研制高精度静态星模拟器,要求模拟器的星间角距精度优于10″。利用激光直写技术制作星点分划板,将其作为核心显示器件来模拟星图,设计准直光学系统实现无穷远距离和角度模拟,并通过优化像差保证模拟星点的成像质量。同时,提出星点位置修正方法以改善由于焦距测不准和光学系统相差带来的星图模拟误差。实验结果表明:经过修正的星图,单星位置模拟精度优于10″,可以作为地面标定与测试装置,供星敏感器进行观测。