基于数字孪生的航天电推进器优化设计方法

针对以引力波探测为代表的空间科学任务和以“国网星座计划”为代表的商用卫星网络任务对推进器的特殊需求,本文提出了一种基于数字孪生的推进器优化设计方法。该方法首先建立由机理模型模块和测试数据集模块组成的数字孪生体。机理模型模块依据推进器的物理过程建立模型,对难以测量的数据进行仿真模拟;测试数据集模块通过实验对推进器进行测试,依靠测试数据建立可测参数的数学模型。将数字孪生体与实验进行对比,通过对比结果反馈调节机理模块从而不断提高孪生体的准确性,最终为优化设计提供依据。结果表明:(1)该方法能够构建微波离子推进器的数字孪生体;(2)该数字孪生体的预测结果存在一定差异,通过分析发现该差异与机理模型的精细度以及测试数据集的数据量有关。

电推进器在GEO静止卫星上的安装策略

电推进器相对于化学推进器具有高比冲、小推力、长寿命、能重复启动和高的控制精度等优点而成为各国研究的热点。随着世界范围内电推进技术的蓬勃发展,电推进器已成为同步轨道(GEO)静止卫星的南北位置保持的标准配置。电推进器在卫星上的不同安装策略对电推进器与整星之间的兼容性有着重要影响,要保证电推进器与GEO静止卫星集成后两者之间的可靠兼容。因此,研究电推进器在GEO静止卫星上的安装策略很有必要。本文研究了分别在三轴稳定卫星的太阳电池阵列上和卫星星体上安装电推进器时电推进器的安装布局,为GEO静止卫星电推进器的安装布局提供解决策略,从而为卫星结构设计提供参考。

基于MME/KF的电推进器推力在轨标定算法

为了确保小推力量级电推进器在轨工作的有效性,提出了一种基于MME/KF(Minimum ModelError/Kalman Filter)的电推进器推力在轨标定算法。该算法对推力标定过程为:首先使用飞轮产生一个已知的周期性力矩作用于卫星上,同时姿态控制器发送指令给电推进器来保持卫星的稳定;然后将陀螺仪数据代入MME算法中估计出卫星的角加速度,并利用KF算法实现电推进器在轨标定;最后进行数学仿真。结果表明该算法在常规推力下可以提高在轨标定精度,并且可以实现小推力条件下的在轨标定。

基于发射光谱法的螺旋波电推进器等离子体源放电实验研究

为探究不同气体条件下螺旋波电推进器等离子体源的放电特征,开展了氩气、氦气和氮气放电的光谱诊断实验研究。氩气和氦气为工质气体的放电条件下,部分波长谱线相对强度随功率的增加而增强,且斜率出现两次跳变,考虑是螺旋波放电过程中的模式转换,即容性向感性、感性向波模式的转换。三种工质气体,在较低的压强下,各谱线强度均随压强增大而迅速增强,但氩气放电下压强继续增大达到1.0Pa以后,谱线强度增强趋势变缓甚至达到“饱和”状态,而氦气和氮气放电下压强增大到0.5~0.65Pa,谱线强度出现降低趋势,氦气和氮气放电强度对压强更为敏感。

ESA成功试验世界首个吸气式电推进器

ESA网站2018年3月5日报道,ESA成功建造并试验一种新型吸气式电推进器,可利用在高层大气吸入的稀薄空气作为推进剂,为实现卫星在低轨道长期飞行开辟道路。常规电推进器工作寿命受所携带的推进剂（通常为氙气）容量限制,一旦耗尽,任务也将结束。

基于挠性梁结构的电推进器推力测量方法研究

电推进系统在空间任务中相比于传统化学燃料推进工作寿命更长、燃料消耗更低,在近年来备受关注。但基于可控核聚变思想研发的高功率霍尔效应电推进器,其推力很难测量,原因在于这些电推进器需要在高温环境下电离推进剂,所以工作时会产生高温等离子体羽流,导致传统推力测试方法无法准确测量其推力。推进器推力的准确测量直接关系到航天器姿态以及轨道保持的控制精度,因此必须在地面测试中准确地测量推力。本文设计并搭建了一套基于挠性梁结构的推力测量平台,可以在高温环境下测量电推进器产生的推力。实验结果表明,以可变比冲磁等离子体火箭为例,在中心磁场强度0.2 T、质量流率为20 mg·s-1的工况下,实时测得电推进器推力为266.5 mN,证明了测量平台的可行性,为后续电推进器推力测量实验提供参考。

X-37飞行器在轨验证了第二代电推进器

目前，美国航空喷气发动机-洛克达因公司已经完成改进型XR-5霍尔效应推进器（也称XR-5A）的在轨验证，此次测试在执行第四次太空飞行任务的X-37上进行。

电推进真空热环境试验研究现状及关键技术

电推进是空间任务的重要推进手段,也是急需发展的空间技术之一。为了评价电推进装置的有效性和可靠性,需要在地面开展各种验证试验,其中有热环境试验。文章对电推进装置的热环境试验技术发展现状进行了跟踪研究,结合国外热环境模拟设备的研制使用情况,梳理出热环境试验相关的关键技术,就我国电推进热环境试验技术和试验设备提出了发展建议。

螺旋波等离子体推进器磁场仿真

推进工质电离、加速、喷出过程以及电羽流的污染控制等都与磁场密切相关。磁场位形的仿真设计对于提高螺旋波等离子体推进器的性能至关重要。基于等效磁荷方法建立了专门针对螺旋波等离子体推进器的三维磁场仿真模型,计算出圆柱形与圆环形铷铁硼(Nd-Fe-B)永磁体组合产生的磁场位形及磁场强度分布特征。该模型为改进电推进器实验方案提供必要的参考和指导;通过大量仿真计算与分析,从大量的磁铁构型方案中优选出合适的磁铁构型,可以缩短螺旋波等离子体推进器的实验周期,降低成本,加快电推进器的研发进度。

船舶螺旋桨水下清洗机器人推进器驱动及关键部件状态监测研究

针对船舶螺旋桨水下清洗问题,设计一种由水下机器人、机械手、空化射流系统集成的水下清洗机器人系统,重点研究了水下机器人推进器驱动及关键部件状态监测.针对水下机器人推进器驱动过程中,模拟电压-脉冲宽度调制信号转换模块与脉冲宽度调制驱动器两者功率不匹配的问题,提出一种模拟驱动器和脉冲宽度调制驱动器结合的混合驱动电路.针对推进器运行状态监测过程中,上位机控制界面显示的推进器电流信号,含有较大随机噪声干扰的问题,提出一种七点平滑小波降噪方法.针对水下机器人密封舱漏水状态监测过程中,漏水检测电路存在误报的问题,设计一种下拉电阻接地电路.通过陆上试验和水池试验对文中设计的推进器驱动电路、推进器电流降噪方法、漏水检测电路以及水下清洗机器人系统的有效性进行了验证.

现代小卫星的微推进系统

现代小卫星,发展迅速,不仅要姿态控制,还要轨道控制,甚至要有轨道机动能力。为此,必须开发研究与其相应的微推进系统。文章首先研究现有推进系统的技术性能;提出对微推进系统的要求;给出适应小卫星的微推进系统,有四个种类,近20个微推进器;最后提出选择微推进器的原则和建议。

我国离子液体微推进空间验证取得成功

新闻:物近理日技,术由中中心国研航制天的科离工子二液院体2微0电6推所进应器用成功完成多次在轨点火试验,微电推搭载试验取得圆满成功。本次试验验证成功标志着我国成为世界上第二个在立方体卫星平台开展离子液体微电推进空间验证试验的国家。

三线摆微推力测量系统的阻尼控制优化法

三线摆可以应用于电推进器微推力的测量。文章介绍三线摆微推力测量的原理,分析测量结构的阻尼特性及其影响,提出人为施加阻尼以缩短动态时间,并对外加阻尼作用下的测量系统进行分析,通过仿真和实验验证了阻尼控制方法的有效性。

从束之高阁到趋之若鹜

什么叫“比冲”?推力器的性能常用“比冲”来表示。比冲就是每秒钟喷出1千克工质所产生的推力大小。比冲越高,说明产生同样大小的推力所需消耗的工质越少,效率越高。所以,电推力器的比冲比化学推进系统高几倍至几十倍。但是,比冲高的推力器,推力不一定大,火箭的推力等于每秒钟喷出物质的质量与比冲的乘积,电推力器喷出物质的流量是很微小的,故产生推力也很微弱,一般为几毫牛至几百毫牛。