卫星运输T型钢丝绳隔振器刚度及阻尼研究

钢丝绳隔振器可以缓解卫星运输过程中振动产生的危害,但其缺少试验基础研究,无法提供仿真输入,难以准确实现卫星损伤仿真。针对此问题,对T型钢丝绳隔振器刚度及阻尼特性进行了理论分析和试验研究。首先,对钢丝绳隔振器系统的力学特性进行了理论分析,建立了理想的迟滞回环曲线;其次,建立了钢丝绳隔振器静刚度和动刚度力学测试系统;最后,通过准静态加载以构建静刚度条件下压缩、横滚、剪切状态力和位移的关系。在预承载力为5 kN、振幅为1 mm条件下,分别测试了激振频率5~8 Hz条件下的动刚度性能。结果表明:准静态加载条件下,钢丝绳隔振器的力和位移关系较为稳定;动刚度条件下,在5~8 Hz频率之间,动刚度变化较为稳定;等效阻尼随着激振频率的增加而增加。

大气湍流对高分辨率遥感卫星的成像影响研究

遥感卫星在国防和民用探测等领域发挥着重要作用,而大气湍流严重影响高分辨率遥感卫星的成像质量。本文重点研究了遥感卫星对地探测时,相机口径、卫星轨高和大气湍流强度对空间相机成像质量的影响。首先,基于球面波传输模型和Kolmogorov湍流理论,针对空对地探测湍流波前进行仿真。然后,分析畸变波前随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律,并推导出普适公式。在此基础上,进一步推导出空间相机成像分辨率随相机口径、卫星轨高和大气相干长度变化的计算公式。最后,研究了大气湍流对空间相机调制传递函数(MTF)的影响,并以MTF=0.15为基准,仿真分析了MTF相对误差随相机口径、卫星轨高和大气相干长度的变化规律。本研究为高分辨率遥感卫星的设计、分析和评估提供理论依据。

面向全球部署的地球同步轨道卫星全实时测控方案研究

全球部署地球同步轨道卫星时面临的全实时测控问题,设计综合利用星地链路和星间链路的测控方案.该方案将测控任务划分为视线内和视线外两个阶段,视线内以星地链路为主,星间链路为辅,完成测控/数传信息的实时传输;视线外通过构建数据数传接力星形成体系内星间链路,结合北斗导航星座星间链路/中继卫星星间链路构成体系外星间链路,实现测控/数传信息的实时传输.分析测控/数传链路在任务周期内的链路余量、传输时延等指标,评估了方案的可靠性.结果表明,该文设计的方案测控任务的可靠度在0.99以上,数传任务的可靠度可达0.9,能够有效支持地球同步带卫星全球部署,满足测控任务需求.

卫星并联贮箱均衡排放的研究

在双组元卫星推进系统设计过程中,为保证发动机入口混合比满足设计状态,需要通过调节燃料和氧化剂支路的管路流阻来实现,常规方法为通过多次地面水试试验,对各支路安装的节流孔板进行修正。根据某型号卫星的管路布局,基于AMESim建立并联贮箱均衡排放的预测模型并在后续的地面水试试验中进行验证。试验验证了仿真模型的可行性,提出了仿真模型的修正参数,修正后的仿真模型可以较为准确地预测该型号后续卫星的孔板尺寸,节约了地面水试试验的时间,可为缩短卫星型号研制周期提供帮助。

GEO卫星热控能源优化设计方法研究及实践

为减少热控制分系统的能源需求,减轻整星的能源负担,分别从精准热补偿、错峰热补偿、精细化热设计、整星资源统筹等几个角度提出了热控能源优化设计方案。提出了一种预埋式管路辐射器,并将其上的低温补偿加热器实施在管路上后进行一体预埋,形成一体化辐射器。采用光照阴影分时段的差别式阈值控制,利用整星热容降低阴影期补偿功耗需求等方法。经仿真分析及试验验证,以上几种方式均能够有效减少热控制系统的热补偿功耗需求。

低轨倾斜轨道卫星太阳电池阵防遮挡设计与分析

低轨倾斜轨道卫星轨道面光照角周期变化,太阳电池阵受照情况复杂,其输出电流呈现波动。为此,文章分析卫星各种工况下的本体遮挡面积,结合太阳电池阵遮挡工作特性分析及阴影遮挡试验结果,开展太阳电池阵防阴影遮挡设计,并采用投影法进行卫星本体遮挡影响分析。结果表明:卫星本体遮挡时,电流损失预计值与在轨遥测电流损失值基本一致,分析误差小于2%。上述分析结果可为卫星复杂遮挡工况下电源系统能量平衡设计提供参考。

采用基础激励下力反作用的大挠性结构动力学建模研究

以中心刚体和挠性梁为例,针对缺乏占质量和惯量强势成分中心刚体的刚柔耦合系统进行动力学建模研究.建立了基于基础激励输入和力反作用输出的离散动力学模型,以仿真计算对本文提出的模型进行验证,仿真结果表明,建立的模型解释了动力学刚化现象产生的原因并计算出不同转速下的系统频率,能够准确地解释刚柔耦合系统的动力刚化现象.同时考虑了中心刚体的运动,发现刚体质量和惯量对系统机动后姿态角振动频率有影响.

MBD在卫星数字化协同研制中的技术研究与应用

在深入分析卫星数字化协同研制典型问题的基础上,重点阐述了MBD(基于模型的定义)在卫星数字化协同研制过程中涉及的分布式并行协同设计、机械产品精益化智能设计、多维度设计制造一体化集成等关键技术解决方案。通过型号全流程应用验证了技术方案的可行性和合理性,提高了卫星机械的总体设计质量和效率。卫星产品开发单件定制、种类繁多、结构复杂专业综合的特点与模具类似,可为行业应用提供有益参考。

分布式InSAR卫星的天线相位中心研究

从天线相位中心的定义出发,针对分布式干涉合成孔径雷达(InSAR)卫星基线获取过程中涉及到的“小型宽波束”全球导航卫星系统(GNSS)天线和“大型窄波束”SAR天线,首先,研究了两型天线的相位中心特性,之后,开展了天线相位中心对基线的影响分析,明确了分布式InSAR卫星相位中心的研究重点在于双星间天线相位中心准确度和稳定度的一致性控制;结合工程研制,最后,给出了两型天线相位中心不同的控制措施。文章的研究工作对分布式InSAR卫星系统的研制具有借鉴意义。

冲击响应谱在卫星运输冲击响应分析中的应用

卫星运输过程中的动力学环境存在一定的随机性与不确定性,给卫星的安全运输带来隐患。目前工程上尚未形成通用化的卫星运输仿真方法,也未制定指导性的运输分析力学环境条件。文章提取卫星运输过程中经常出现的2种典型斜坡形式的冲击信号,基于ABAQUS软件建立卫星与运输支撑工装的有限元模型,分别开展了瞬态响应与冲击响应谱分析。结果表明,相比于瞬态响应分析,冲击响应谱分析节约了95%的运算量,且分析偏差在17%以内,并能够实现对响应最大情况的包络,可更好地满足工程上对仿真分析快速且准确的需求。

高光谱观测卫星偏振交火工程设计及在轨性能评估

2021年9月7日发射的高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》中规划的一颗业务星,是我国高光谱遥感能力的重要标志。高光谱观测卫星运行于高度为705km、降交点地方时为10:30的太阳同步轨道。针对细颗粒物探测,卫星配置了偏振交火传感器,通过由高精度偏振扫描仪(POSP)与大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)构成的双偏振载荷的联合探测,获取观测区域的气溶胶光学厚度(AOD)、PM2.5等气溶胶信息。本文主要介绍了高光谱观测卫星总体技术方案和双偏振载荷方案,详细阐述了偏振交火模式设计要点,包括时统设计、光谱通道设置、光谱匹配设计以及视场匹配设计等工程设计。同时,对偏振交火模式的在轨性能进行了评估,评估结果表明:双偏振载荷的同步观测采集时间差优于0.4ms,视场匹配误差优于0.066POSP像元,满足反演应用需求。最后,对双偏振载荷在轨测量精度进行了交叉验证,验证结果表明辐射测量值与参考值拟合决定系数均高于0.96,线偏振度在轨交叉验证平均绝对差异优于0.0088,均满足在轨探测精度的设计要求。

卫星Ka全频段多中频变频信号处理技术研究

针对日益增长的卫星Ka通信测试需求,进行了Ka全频段变频信号处理技术研究。比对多种变频方案进行比选,最终选取了基于分频开关切换的变频信号处理方案,利用EDA软件对电路设计进行仿真,挑选出适合的器件,优化设计了镜频抑制、杂散抑制、相位噪声等重要参数,并根据仿真结果进行系.统集.成与调试,最终设计一种全频段、多中频的下变频器,其可将Ka全频段(18~33G)射频信号下变频至多类中频信号(70M/720M/15G/24GHz)。测试数据表明,此下变频器性能良好,可满足卫星各复杂场景测试需求。

遥感卫星在侧视和偏航导引模式下太阳帆板光照角变化分析

遥感卫星通常工作在太阳同步轨道,姿态控制较为复杂。卫星可采用姿态侧视来扩大成像载荷探测范围,并通过姿态偏航导引来消除或补偿成像畸变。上面两种模式的姿态机动对太阳帆板光照角产生了较大影响,使得卫星一年当中不同时段太阳电池阵光照角差异很大,这对卫星电源系统设计有很大影响。文中通过分解卫星姿态和帆板安装位置影响因素,分析二者的影响,并利用坐标矩阵转换将光线矢量和帆板法线映射到同一坐标系下进行解算,从而得到光照角关系式。经过仿真验证该计算方法对光照角分析的有效性。

基于卫星产品保证的并行工程的研究

针对在产品保证基础上实施并行工程 ,简述了卫星研制串行工程和并行工程之间的概念和关系 ,并通过建立在卫星研制过程中无产品保证要求和有产品保证要求两种条件下串行工程和并行工程的模型 ,从质量、成本、效率等方面来比较、分析和刻画卫星研制过程中实施并行工程的思想和作用 ;在此基础上分析了在实际中实施并行工程的条件。

GEO卫星相机外遮光罩的设计方法

针对太阳规避模式下相机最小太阳规避角及相机视场大导致遮光罩尺寸超出火箭整流罩可用包络的问题,研究了基于非成像时长和偏航姿态调整方案的相机遮光罩最小太阳规避角算法,提出了三块挡光板构型和圆形外遮光罩构型的方程建模及上沿优化方法,并针对典型工况仿真设计出了具有同等太阳规避效果的多种斜切外遮光罩构型。经Pro/E软件建模及阴影分析表明,在各工况下,外遮光罩与内遮光罩对内遮光罩底部的遮挡比例达到100%,也即太阳无法直射内遮光罩底部,验证了外遮光罩方程建模及上沿优化方法的正确性,并实现了以传统圆筒外遮光罩1/3的面积规避太阳直射相机内部的效果。

基于FY-3D电离层光度计数据开展夜间135.6nm辉光辐射强度对赤道环电流指数Dst的响应特性研究

远紫外气辉探测仪小型电离层光度计IPM于2017年11月15日随FY-3D卫星发射升空.IPM通过对地测量夜间O+和电子辐射复合产生的135.6 nm辉光辐射、白天光电子激发产生的OI 135.6 nm和N2LBH波段的辉光辐射,可以得到夜间电离层峰值电子密度、电子总含量以及白天大气氧原子和氮分子的柱密度比O/N2等参数.本文基于IPM夜侧数据研究了在非极光区的中低纬度上,135.6 nm波段辐射强度在磁暴时与磁平静时的相对变化.研究表明,135.6 nm波段辐射强度极易受到磁暴影响发生扰动,对Dst指数响应十分敏感,即使是较弱的磁暴,135.6 nm波段辐射强度也会出现增强,辐射增强出现的时间与磁暴的主相与恢复相有很好的对应性;通过与IGS(International GNSS Service)提供的TEC比对研究表明,磁暴期间135.6 nm辐射增强并非仅由与电离层电子密度信息正相关的O+和电子辐射复合机制产生的辐射贡献引起;多个不同强度的磁暴事件研究表明,135.6 nm辐射强度在磁暴时相对平静时的增加量与Dst指数呈反比,即Dst指数越低,135.6 nm辐射强度的增加量越大,且纬度越高,135.6 nm辐射强度的增加量越大.

卫星电缆网数字化安全设计及应用

针对目前卫星上存在的电缆网静电、带电插拔、操作安全等安全问题,文章从设计安全性、工艺安全性、操作安全性、数据安全性4个方面,提出了电缆网数字化安全设计方法。经试验验证,结果表明:该方法可以解决电缆网存在的安全问题,可为电缆网数字化安全设计提供参考。

轻小型SAR卫星平飞模式设计

对于轻小型合成孔径雷达(SAR)卫星在轨使用时对重点区域多目标观测效能提升的需求,提出轻小型SAR卫星平飞模式设计方法。介绍了卫星平飞模式设计方法,提出载荷平面相控阵天线距离维大角度扫描能力设计;针对区域多目标,提出条件触发方式目标决策策略,以及星上雷达工作参数计算策略;基于建立的目标决策和任务规划模型,分别针对卫星左侧视、在侧视、平飞、左右机动侧视等4种工作模式下进行多目标观测效能评估仿真分析。结果表明:相比于卫星斜飞模式下,平飞模式目标观测效能可提升至41%;相比于卫星左右机动侧视模式下,平飞模式目标观测效能可提升至73%。因此,设计的卫星平飞模式可有效提升面向区域多目标的观测效能。

火星表面起飞上升热控技术研究与分析

火星表面起飞上升热控技术是火星取样返回探测的关键技术,涉及探测器在火星表面存储控温、火星表面起飞上升控温及火星在轨飞行控温等,具有温度指标要求高、控温维度大、资源紧张的特点。本文对国内外主要火星车及美国航空航天局(NASA)火星上升器的热控方案进行了调研和总结。分析表明火星表面探测器热控技术根据资源分配情况主要采用2种方式:当热控质量受限不明显时,可采用机械泵驱动流体回路技术配合常规热控措施,对大热耗单机进行热量收集和传输,实现废热的再利用;当热控质量受限严重时,需采用轻量化低功耗的控温措施,可采用复合纳米气凝胶隔热技术配合常规热控措施,高效隔绝火星表面低温对流环境,实现低功耗控温。随后提出了火星表面起飞上升的热控关键技术,主要包括纳米气凝胶隔热技术、火星原位资源隔热技术、机械泵驱动两相流体回路技术、气动热防护技术及热试验模拟技术等,可为后续火星探测提供一定的参考。

大气风温湿垂直观测网资料快速更新混合同化试验研究

基于WRF预报模式、WRFDA Hybrid集合变分同化系统和ETKF方法,构建了面向城市气象观测网数据的快速更新混合同化系统。针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料数据同化,开展了静态背景误差调整因子(特征长度尺度因子和方差因子)、局地化距离和集合权重系数4个重要参数敏感性试验研究。试验结果表明:当温度、相对湿度、u风和v风的特征长度尺度因子和方差因子分别调整为0.7/1.0、1.0/1.0、0.7/1.0和0.7/1.0,局地化距离和集合权重系数分别调整为11.2 km和0.5时,快速更新混合同化系统的分析场均方根误差最小。为对比三种常用同化方案,开展了默认参数混合同化、最优参数混合同化、三维变分同化对比试验,试验结果表明:在针对北京地区地基微波辐射计和风廓线雷达组网观测资料的快速更新同化预报试验中,混合同化方案表现优于三维变分,同时相对于默认参数混合同化方案,最优参数混合同化方案的风场、温度及湿度的分析场和预报场得到了进一步改善:风温湿的分析场均方根误差分别最大降低了13%、19%和5%,12~24 h预报场的均方根误差分别最大降低了2%、12%和5%。