超低轨道卫星热控分系统原子氧防护设计

为满足超低轨道卫星长寿命的使用要求,必须对星表经受累计大剂量原子氧通量的热控材料进行原子氧防护,或选择具有原子氧耐受的热控材料,以保证星上仪器设备在整个寿命周期中都能维持良好的工作环境。对国内外航天器上常用热控材料的原子氧影响研究结果进行了分析,对原子氧对各种材料的侵蚀机理及侵蚀速率进行了总结,并据此给出在轨道高度为268 km上的超低轨道卫星的热控设计建议,为国内超低轨道卫星的热控设计提供参考。

基于DSMC方法的超低轨道卫星阻力特性分析

为向工程中卫星结构设计提供载荷依据,基于直接模拟蒙特卡洛仿真方法,采用Maxwell漫反射和镜面反射联合模型,对一典型超低轨道卫星的阻力特性进行研究.分析了结构网格密度、卫星头锥、星体长细比等参数对阻力特性的影响,并通过算例与文献结果对比以验证方法的准确性.结果表明,卫星阻力主要由迎风面投影面的压差阻力和卫星侧面的切向摩擦阻力组成.针对268 km典型超低轨道卫星模型,相同迎风面投影面积下,较尖的头锥结构能略微降低平飞阻力.卫星星体的长细比每增加1,阻力提升约5%~8%.全动尾翼通过改变攻角可以获得升力,升阻比为0.10~0.34.

超低轨道地球卫星脉冲星/星光折射/光谱组合导航

针对超低轨道地球卫星导航自主需求,提出了一种脉冲星/星光折射/光谱测速组合天文导航方法。首先根据地球超低轨道卫星运行轨道动力学方程建立导航系统状态模型;分别根据脉冲到达时间差和星光折射角与天体光谱频率建立导航系统量测模型;使用Unscented卡尔曼滤波方法,降低随机误差对导航精度的影响,使用基于UKF的信息融合方法,有效融合了三种天文导航方法结果数据。经计算机仿真分析,该组合导航方法位置导航误差均值为85.62m,速度误差均值0.190m/s,能够满足超低轨道地球卫星在轨运行导航需求。

超低轨道卫星应用离子电推进技术方案

低地球轨道大气环境对诸如科学探测和对地观测卫星的阻尼作用十分明显,而且阻尼随太阳和地磁活动以及昼夜、季节交替变化范围宽。为了保证卫星轨道精度或飞行状态满足任务要求,需要利用推进系统对卫星受到的阻尼进行实时或间歇式补偿以实现轨道或飞行状态的保持。针对轨道高度220~268 km的无拖曳飞行和轨道维持应用,基于卫星轨道阻尼变化和有效载荷指标要求分析,研究确定了离子电推进技术指标、推力调节方案、系统组成、推力控制方案和在轨应用策略,并对推力调节方案进行了试验验证。结果表明,与无拖曳飞行卫星任务匹配的离子电推进指标为推力调节范围1~20 mN,推力分辨率优于12μN,与对地观测卫星轨道维持任务匹配的指标为推力调节范围1~25 mN,推力分辨率100μN。研究提出的针对超低轨道卫星应用需求的高精度推力连续调节离子电推进技术方案,具有工程任务针对性和参考价值。

远程超低飞行轨道分析

研究了一种新的远程导弹飞行轨道的可行性,它的最大飞行高度约100km.这种超低弹道,借鉴卫星模式,利用离心力抵抗重力。与卫星轨道运行不同的是,超低弹道周围的稀薄空气影响至关重要,必须考虑。计算和分析结果表明,在相同载荷条件和射程条件下,超低弹道和经典的最小能量弹道对于火箭动力的需求大致相当,射程10000km以上基本相同。头部半径为5cm的轴对称外形,沿超低弹道飞行时,其驻点热流在高度26 km左右达到最大值50 MW/m^2,约为最小能量弹道驻点热流最大值的50%。由于超低弹道对升力没有要求,飞行过程中的气动加热问题,沿用成熟方法如烧蚀防热即可解决。总体而言,超低弹道对于火箭动力与外形气动力/热要求,现有技术容易满足,因此利用它增强远程导弹的突防能力是现实可能的。

超低轨道卫星技术发展与展望

介绍了国外超低轨道卫星的发展历程,重点对近年来在超低轨道成功飞行的重力场与稳态洋流探测器(GOCE)和超低轨测试卫星(SLATS),从卫星轨道飞行剖面、任务效能、轨道维持等方面进行了介绍。分析了超低轨道卫星面临的低阻力构型设计、电推进、轨道维持、原子氧防护等关键技术,以及超低轨道卫星的技术特点,展望了超低轨道卫星在遥感、物理场探测等方面的应用前景,并给出了超低轨道卫星的发展建议。

超低轨道卫星摄动特性分析及轨道维持方法

针对超低轨道卫星长时间在轨飞行的轨道维持问题,分析了超低轨道平均偏心率矢量变化特性,提出了一种超低轨道维持的控制方法。分析了J2、J3摄动以及大气阻力摄动作用下超低轨道卫星偏心率矢量的变化特性;基于能量守恒原理设计了超低轨道高度维持的控制策略;通过仿真算例验证了控制策略的有效性。结果表明:在地球非球形引力摄动、大气阻力摄动和速度脉冲作用下超低轨道平均偏心率的变化是稳定的,所设计的轨道维持方法不仅能够实现超低轨道高度维持,确保平均偏心率矢量收敛至平衡位置,且用于轨道维持的燃料消耗合理,能够满足长时间的超低轨道飞行要求。

超低轨道卫星技术发展现状及应用

筑梦太空的征程任重而道远,加强超低轨道应用研究,是航天强国全面发展的必然选择。本文阐述了超低轨道卫星技术及比较优势,解析了超低轨道卫星试验情况,探析了超低轨道卫星关键技术,最后分析了作战应用潜力,以期抛砖引玉推动我国超低轨道卫星技术的创新发展。

基于线性化运动方程的超低轨飞行器轨道修正算法

超低轨飞行器受到大气的严重影响,需要不断地实施轨道修正才能在标称轨道附近飞行。文章针对超低轨飞行器的轨道保持问题,建立了考虑地球非球形J2项摄动和大气阻力摄动的线性化运动方程,给出了基于线性化方程的修正速度增量计算方法,并研究了补偿线性化误差的方法。数值仿真表明,该方法能够保证飞行器不超出要求的精度通道。对于轨道高度为120km的飞行器,飞行1h的最佳修正次数为6,所需速度增量为63.7971m/s。

空间环境对超低轨道卫星轨迹规划的影响

针对超低轨道卫星受空间环境影响显著,对特定目标的轨迹规划难度大的问题,分析了经验大气模型中空间环境参数预报的预报误差以及空间环境参数预报对轨迹规划的影响。在目前空间环境参数预报的误差特性的基础上,建立了轨道控制量和空间环境参数双变量的轨迹评估规划的算法,通过轨迹规划评估后选取最优轨迹规划方案。该算法能够很好地适应空间环境参数的变化,降低空间环境参数预报误差带来的轨道控制风险。目前,该算法已在某超低轨道卫星的轨迹规划中得到成功应用,对需要考虑空间环境因素影响的较低轨道卫星的轨迹规划与控制具有一定的借鉴意义。

超低轨道热层大气密度原位探测

超低轨道(VLEO)由于其轨道较低,在该轨道运行的航天器在对地观测、科学研究方面具有独特优势,但对该轨道的大气密度变化特性认知不足。在阐述国内外超低轨道大气密度原位探测发展历史及现状的基础上,总结了现有超低轨道大气密度原位探测技术,对中国超低轨道大气密度原位结果进行了初步分析和讨论。结果表明:在2020年10月空间环境平静期,250 km和350 km高度大气密度相差一个量级;升降轨期间,超低轨道大气密度每千米分别下降0.025×10^(-12) kg/m^(3)和0.041×10^(-12) kg/m^(3),均小于模式值的0.5倍;北纬40°时,处于午夜的升轨段(约250 km)大气密度是处于正午的降轨段(约420 km)大气密度的11.2倍,高度的影响大于地方时的影响;不同纬度下,实测日均值和模式日均值的比值从高纬的0.49降为低纬的0.39,模式值偏大。在超低轨道上,实测值总体上比模式值小,可为大气物理研究和应用研究提供基础数据。

超低轨卫星气动力辅助轨道控制研究

针对超低轨卫星所受气动力显著的特点,提出一种利用气动舵的气动力辅助轨道控制方法。通过分析大气旋转、卫星所处空间位置以及气动舵偏转角度对气动力的影响,对提出的轨道控制方法进行了优化。该方法通过调整气动舵产生连续微小的气动力对卫星轨道进行控制,使各轨道要素均保持在误差容限范围内。将其应用于太阳同步轨道上的对地观测卫星,仿真结果表明,该方法可以在卫星姿态保持三轴对地稳定的前提下,实现轨道保持控制,保证任意纬度下卫星实际位置与标称轨道位置偏差在给定范围内。

基于吸气式电推进的超低轨飞行系统分析

超低地球轨道(超低轨,VLEO)飞行器对于高质量通讯、地球与空间科学观测具有重要意义.为了克服超低轨区域的高层大气阻力,使飞行器长期在轨飞行,吸气式电推进(ABEP)飞行器的概念被提出并被广泛研究.文章首先分析了吸气式电推进飞行器在150 km高度轨道的主要飞行约束,包括归一化的工质平衡和能量平衡,并提出了影响飞行器超低轨维持的主要因素.为了使有效载荷飞行器长期维持在150 km附近超低轨高度并保持一定的载荷有效覆盖率,提出了两种超低轨飞行系统方案,包括基于无线能量传输技术构建的飞行系统和近地点150 km椭圆轨道飞行系统.计算了相应的轨道高度限制并考虑有效载荷地面覆盖率给出了星座构建方案,评估了上述两种方案的可行性与综合效果.两种方案中,有效载荷均可以在150 km附近的轨道高度内长期维持地面覆盖率,可以为超低轨长期稳定的通讯网络构建、对地观测和相关科学实验提供条件.

超低轨卫星的空间环境特性及其力学与热学关键问题研究进展

超低轨道飞行器在遥感、科学研究等领域具有广泛的应用需求,已成为研究热点之一。由于超低轨的特殊空间环境限制,超低轨道飞行器需要面临和解决很多技术难点,主要集中在大气环境预测、气动力、气动热等方面。本文针对典型超低轨飞行器任务,研究了主要的大气模型及反演方法,并对模型数据进行了比对。结合多种气动被动稳定的案例,阐述了气动力计算的方法及气动结构设计的重要影响。介绍了气动设计及在气动干扰下的稳定控制方法,阐述了超低轨卫星的气动热环境、仿真算法以及多种防热复合材料及其应用场景。详细分析了针对超低轨卫星的防热散热可变切换技术,并简要评述了各个方案的优缺点。研究结果有助于推动超低轨道卫星关键技术攻关和试验验证,将超低轨飞行器从试验任务尽快转向空间应用任务。

升力式航天器太阳同步冻结回归轨道保持策略

针对超低轨道升力式航天器对地观察的优势及其高机动特性,设计了一种近地点位于临近空间的太阳同步冻结回归轨道,并对气动力辅助与发动机推力相结合的轨道保持策略进行了研究。策略将轨道保持过程分为3个阶段:第1阶段自远地点飞向大气层,不施加控制;第2阶段在大气层内飞行,通过控制攻角和倾侧角调整航天器所受气动力,小幅改变轨道的升交点赤经;第3阶段自跃出大气层到远地点,利用轨控发动机调整轨道参数,回到远地点时除升交点赤经其他轨道参数不变。以燃料最省为性能指标,对轨道保持策略进行了仿真分析,结果表明可以实现14.7天太阳同步冻结回归轨道的在轨运行。

太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响

面向当前第25太阳活动周,评估太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响。通过对超低轨道重力卫星进行轨道仿真和分析GOCE任务数据,得出大气阻力的变化规律,并获得了太阳活动极大年附近任务和极小年附近任务对携带工质量的影响、地磁暴对电推进系统保持“无拖曳”工作的影响。结果表明:其余情况相同下,卫星在太阳活动低年附近任务的工作轨道高度可较高年降低约20 km,有利于提高重力信号强度。强地磁暴通常引起超低轨道卫星阻力增加30%~90%,飞行控制需为克服地磁暴影响留足够的推力裕度。推力器设计应保证最大推力的10%~70%推力区间具有高比冲,且着重考虑此区间的寿命问题。

浅谈超低净空双轮铣在轨道交通特殊工况中的应用

在轨道交通工程快速发展的今天,如何协调解决城市中心地面交通与地下工程建设是摆在决策者面前的一个难题。以往的轨道交通施工中,为了工程的进展,不得不对影响施工的立交桥进行拆除,从而导致交通拥堵严重,给民众出行带来诸多不便。为了研究如何在不拆除立交桥并保证其交通和安全的前提下施作车站,对武汉地铁6号线武胜路站使用宝峨MBC 30超低净空双轮铣施工立交桥下连续墙的过程进行了研究和总结,解决了施工过程中出现的诸多问题,达到了既保证交通通行又顺利开展施工的目的。

超低温轨道式球阀弹性结构阀座设计

轨道式球阀的密封是通过阀杆提供的强制力实现的,当工况温度发生变化时,其阀杆、阀座会发生形变,密封面的应力也会随之变化,造成阀座泄漏。本文提出一种可用于超低温工况的轨道式球阀的弹性结构阀座,该阀座具有弹簧蓄能和变形补偿功能,可实时补偿由于温差引起的密封应力变化和密封变形问题。本文介绍了该弹性结构阀座的设计及计算方法,并通过仿真计算及试验验证,证实了该弹性结构阀座在低温下可有效提高阀门密封的可靠性。

超低轨吸气式螺旋波电推进概念研究

文章提出一种超低轨卫星飞行轨道维持新概念——吸气式螺旋波电推进技术,将轨道残余大气作为螺旋波电离的工质,通过螺旋波加速电子形成的电双层加速离子产生推力,维持卫星在超低(180~260 km)轨道的长时间运行。吸气式螺旋波电推进的核心技术是采用收缩进气道与螺旋波电推进一体化结构,利用螺旋波电离产生的前向逃逸等离子体在进气道中形成预电离鞘层区,部分电离气体的密度扰动以离子声速向下游传播,导致进气道内不再出现激波界间断面,进入收缩进气道的气体被高效收集到螺旋波电离放电管,电离加速形成推力,来维持超低轨卫星的长时间在轨运行。

上盖开发车辆段库内轨道高等级减振扣件研发及应用

针对地铁上盖物业开发车辆段库内线对高等级减振产品的迫切需求,在既有成熟减振扣件结构的基础上,开展库内用高等级减振扣件的研发。研究重点为:采用多重弹性层形成串联结构,以获得低刚度,进而实现高减振性能,保证橡胶垫板超低刚度条件下轨道的稳定性和安全性,并创新性地采用了独立的支撑柱与尼龙套等部件配合,实现了弹性垫层的变形控制以及预组装。相较于道床减振措施,可大幅降低工程投资,且便于施工及养护维修。通过理论分析、室内试验和在线测试验证,该扣件的减振效果可达8 dB以上,满足研究预期目标。