兰州空间技术物理研究所电推进新进展

兰州空间技术物理研究所是我国电推进技术研究和产品研制的主要单位。2014年兰州空间技术物理研究所在电推进发展中取得了多方面的重要进展,分别从空间飞行试验、型号产品研制、新产品开发、专业技术基础研究等方面进行了总结性的系统介绍。空间飞行试验包括了SJ-9A卫星离子电推进系统和XY-2卫星霍尔电推进系统,型号产品研制包括了DFH-3B平台首发卫星LIPS-200离子电推进系统、DFH-5卫星平台和全电推进卫星平台的LIPS-300离子电推进系统及LEO大型航天器主动电位控制系统,正在研发的新产品包括LIPS-200+,LIPS-100和LIPS-400等离子推力器及LHT-140霍尔推力器,电推进专业技术基础研究工作主要包括栅极组件工作寿命分析及概率性评估、放电室性能分析及优化以及基于等离子体能量沉积的推力器热分析等。

兰州空间技术物理研究所吸气式电推进技术进展

吸气式电推进技术是将超低轨空间的环境气体工质收集、增压、电离以及加速产生推力的技术,是一项具有里程碑意义的航天器动力技术。兰州空间技术物理研究所开展了近10年吸气式电推进技术研究。主要介绍了兰州空间技术物理研究所吸气式电推进技术的最新进展,包括吸气式电推进系统方案和应用分析;基于理论分析和数值计算进行的气体收集增压技术研究和电推力器技术研究等。给出了利用研制的吸气式电推进系统原理样机开展地面试验得到的结果和后续研究计划。结果表明,兰州空间技术物理研究所提出的吸气式电推进系统方案能够满足250 km左右轨道高度上特定构型航天器的阻尼补偿需求。

空间柔性阵列天线薄膜阵面制造技术研究

简要阐述了空间柔性天线的进展,分析了空间柔性天线薄膜阵面制造关键技术。研究了薄膜阵面电磁波传输金属薄膜制备技术、薄膜阵面图形化制造技术、薄膜阵面拼接用材料评价、薄膜阵面的裁切技术等。采用磁控溅射技术,通过溅射功率、走带张力、走带速度的调节,在有机柔性薄膜基材上镀制了不同厚度的金属铜膜,实现了有机柔性薄膜基材的表面金属化;利用飞秒激光刻蚀精度高,不损伤柔性薄膜基材的特点,获得了图形化的金属薄膜阵面单元;对3M92号胶带与改性聚酰亚胺胶接材料的拼接强度与耐高低温性能进行了试验对比,发现改性聚酰亚胺胶接材料的强度与耐高低温性能更好,更适合薄膜阵面的拼接;对比了用纳秒激光和飞秒激光裁切的薄膜微观形貌,结果表明,用飞秒激光裁切的切面光滑,无烧蚀与毛刺,适合于高精度薄膜阵面的制造。研究为空间柔性阵列薄膜天线的制造提供了大量的基础数据。

空间飞行器用薄膜温度/应变传感技术研究

随着功能薄膜制备方法及微细加工技术的日益成熟,基于各类薄膜敏感元件的薄膜传感技术蓬勃发展。薄膜传感器件尺寸小、集成度高、灵敏度高,在深空探测、空间飞行器结构健康监测、载人航天等领域展现出广阔的应用前景。针对空间飞行器的各类传感需求,对低温/高温温度传感、热流传感、高温应变传感、柔性大应变传感、柔性智能蒙皮等应用中薄膜传感材料和器件的关键技术及国内外研究现状进行了综述,并对薄膜传感技术的未来发展进行了展望。

太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究

文章阐述了太阳成像仪镜筒舱内压力控制技术研究,主要包括限流小孔机械尺寸理论分析、慢速泄压阀设计、镜筒压力控制模拟测试等内容。目前,所研制的慢速泄压阀已顺利交付使用,并随46.5 nm极紫外太阳成像仪在中科院空间新技术试验卫星上进行了搭载,实现了在轨顺利开机,验证了太阳成像仪镜筒舱内压力控制手段的正确性。

空间斯特林热电转换技术在轨试验

为提高空间同位素电源的效率和功率,满足深空探测、载人登月和火星登陆等航天任务对航天器能源的需求,梳理了空间自由活塞斯特林热电转换涉及的关键技术,设计了天宫空间站空间自由活塞斯特林热电转换装置的在轨试验方案,在轨开展了斯特林热电转换试验,验证了空间微重力环境下双活塞自由运动的间隙密封、双活塞相位保持等关键技术,获取了空间环境下双自由活塞精确的运动相位保持及漂移特性、动力学与热力学强耦合特性等关键参数。在轨试验结果表明,试验装置在轨运行性能良好,热电转换效率达到24.72%,为未来空间高效同位素电源等不依赖太阳能的能源技术应用奠定了基础。

6 W@80 K空间同轴脉管制冷机设计与实验研究

针对某空间红外载荷需求,基于Sage平台搭建了同轴脉管制冷机整机模型,根据仿真结果对冷头结构参数进行了设计计算。在此基础上,利用实验方法探究了回热器填充方式、惯性管组合方式、充气压力、输入功率、冷头方向对制冷机性能的影响,并与仿真结果比较,两者吻合度较高。研制成功的脉管制冷机整机质量为3.5 kg,输入功率150 W时,无负荷制冷温度为39.74 K,可获得7.23 W@80 K的冷量,整机相对卡诺效率13.26%,在空间用同轴脉管制冷机中处于先进水平。

磁光阱技术研究现状及发展趋势

磁光阱(MOT)作为激光冷却和陷俘原子的主要手段,在现代原子物理领域有着广泛应用。通过一对反亥姆霍兹线圈形成的磁阱和六束对射正交激光形成的光阱,将原子的温度冷却到接近绝对零度,可在很大程度上抑制原子的多普勒效应与碰撞效应带来的影响。相比于以热原子为工作介质的精密测量仪器,利用MOT技术研制的冷原子钟、冷原子干涉仪、冷原子加速度计等在性能上有大幅提升。阐述了MOT的基本原理及关键技术,综述了国内外MOT技术发展现状以及近年来在MOT性能提升方面开展的相关研究工作,分析总结了MOT技术发展趋势,主要包括小型化与微型化、大通量与高装载率以及参数智能优化等方面。

空间超高比冲推进技术综述

比冲是衡量空间推进系统效率的核心指标,持续提高比冲是空间推进技术发展的永恒追求,以木星以远行星际探测为代表的复杂宇航任务对空间推进系统提出达到超高比冲的要求。系统梳理了超高比冲空间推进的主流技术路线,从静电加速机制、电磁场加速机制、新型推进剂加速机制以及新能源加速机制等方面阐述了实现超高比冲的技术途径,分析了提升比冲的关键技术,给出了超高比冲技术发展建议,展望了超高比冲技术的应用前景,为超高比冲技术突破提供参考。

基于Fabry-Perot腔的光学真空测量技术研究

基于从头计算理论,对氩气摩尔极化率、摩尔磁化率和维里系数等物理参数进行计算,结合维里状态方程和Lorentz-Lorenz方程建立了气体压力关于折射率的理论参数模型.利用基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置,通过精确测量Fabry-Perot腔内激光的谐振频率变化,获得气体折射率和气体压力,在10^(5) Pa时,折射率相对测量不确定度为1.8×10^(-11),气体压力相对不确定度为4.4×10^(-6).对比分析基于Fabry-Perot腔的光学真空测量装置与电容薄膜真空计获得的测量压力,结果表明基于Fabry-Perot腔的光学真空测量方法具有较高的稳定性和准确性.

基于双光梳的激光吸收谱真空分压力测量技术研究

为了提高真空分压力测量的准确度和灵敏度,弥补传统测量方法的固有缺陷,真空分压力将结合理想气体定律,使用气体密度来表征。利用气体分子的红外吸收光谱,通过双光梳光谱技术测量其对特定波长光的吸收可实现对混合气体中目标气体密度的精确测量,进而反演出真空分压力。研建了基于电光双光梳的真空分压力测量系统,结合双光梳外差光谱技术与腔增强光谱技术,实现了非侵入、大动态、高速度的真空分压力测量。实验对CO_(2),CO,N_(2)三元混合气体中CO_(2)与CO的真空分压力进行了测量,其相对误差分别为2.84%和2.77%。通过不确定度分析得出,吸收线强度误差是真空分压力测量中最主要的不确定度分量。

超高真空计微弱离子流检测技术研究

在超高真空环境下,Bayard-Alpert型电离真空计通过电离气体分子得到的离子流信号十分微弱,且极易受到干扰。介绍了一种用于超高真空测量的微弱信号检测系统,包括测量电路、调零电路与处理模块。该系统采用高精度放大器与高绝缘继电器,可以实现微弱信号的精密放大,满足mA级至亚pA级范围的宽量程电流信号检测;能够自动完成测量档位的切换、系统调零、数据处理与真空全压力值计算,测量下限可达10-13A量级,可用于超高真空计离子流的精确测量,具有良好的线性及稳定性。

低表面能氟碳聚合物涂层真空热循环及防爬移特性研究

低表面能氟碳聚合物涂层是一种抑制空间用油脂润滑剂爬移流失的关键材料,该材料的应用可为空间油脂润滑活动机构实现长寿命、高可靠运行提供技术保障。采用水接触角测试仪、X射线荧光能谱仪、光学显微镜等对自研的氟碳聚合物涂层进行了真空热循环前后的接触角、表面能变化以及对多烷基环戊烷(MACs)润滑油防爬移特性的研究。结果表明,9Cr18不锈钢、2A12铝合金和TC4钛合金三种不同金属基体表面涂覆聚合物涂层后的表面能分别为8.797 mN/m、9.083 mN/m和9.203 mN/m;在温度−45~+90℃下,经过30天、60次真空热循环后,涂层的表面能分别为8.915 mN/m、9.209 mN/m和9.266 mN/m,仍然较低。涂层与MACs润滑油之间存在明显界面,涂层上距离润滑油200μm界面处的XPS分析未发现MACs润滑油的特征峰,表明没有润滑油爬移扩散至涂层处,低表面能氟碳聚合物涂层对MACs润滑油能够起到有效的“防爬移”作用。

脉冲激光模拟单粒子效应试验技术述评

对近十年开展的脉冲激光单粒子效应试验技术进行了述评,指出脉冲激光模拟试验技术具有一定的优势和特点,与重离子模拟试验手段相比,方便易用,试验费用低。总结分析了近十年实验室开展的单粒子效应脉冲激光模拟试验技术研究工作,介绍了电子器件及集成电路单粒子效应激光模拟试验研究结果,对采用脉冲激光模拟单粒子效应试验获得的试验数据与重离子实验数据的等效性进行了比对分析。基于大量试验研究工作,建立了单粒子效应实验室模拟试验及加固评估的手段和方法,使单粒子效应激光模拟试验系统在加固评估中得到应用;试验研究表明,单粒子效应激光模拟系统可以确定单粒子敏感区、敏感参数、翻转截面获取及电子系统故障注入等,为航天器空间辐射效应模拟及加固设计验证开辟了新的技术途径和方法。

卫星用高能激光防护技术发展现状

高能激光技术不断发展,逐渐成为卫星在轨安全的威胁。介绍了高能连续激光和脉冲激光武器对卫星损伤机制的研究进展。针对卫星太阳电池阵、相机、星敏感器等光学系统以及热控多层、复合材料推进剂储箱等非光学关键结构防护特点,总结分析了线性光学防护薄膜、非线性光学防护薄膜、相变材料、机械快门、高损伤阈值薄膜和防护罩等各种高能激光防护技术的主要原理、发展现状和技术特点。

空间天线用金属薄膜/有机材料结构脉冲激光刻蚀界面特性研究

为了研究脉冲激光刻蚀过程中金属薄膜/有机材料界面的特性变化,以典型的有机材料聚酰亚胺(PolyImide,PI)为基底,通过物理气相沉积在其表面制备了1μm厚的金属Cu薄膜,分别采用短脉冲(100 ns)和超短脉冲(290 fs)激光刻蚀去除部分金属薄膜,然后借助XPS、SEM等对刻蚀后的界面进行了表征分析,测试了样品高频段(4~18 GHz)的介电性能以及太阳光谱(200~2 000 nm)的透射性能。结果表明,纳秒和飞秒激光作用后,Cu/PI这种热物性相差很大的材料体系的界面特征存在共性和差异。共性体现在两种激光刻蚀后的介电常数和损耗因子值比刻蚀前均有小幅提升,这是由刻蚀过程中金属薄膜气化反向沉积的颗粒及界面处PI碳化在新表面上形成了一层很薄的介质薄膜引起的。差异性体现在界面微观形貌上,由于飞秒和纳秒激光的作用机制不同,飞秒激光刻蚀后界面浅表层形成了微孔洞结构,导致在500~2 000 nm可见/近红外波段透射率下降60%左右,而纳秒激光刻蚀后透射率没有明显变化。

国外离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的应用与发展

栅极组件作为离子推力器的核心部件,对电推力器的性能、可靠性及寿命起着非常重要的作用。简述了离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的主要研究内容,重点论述了国外航天技术先进国家在寿命试验中应用栅极几何形貌测试评价新技术的重要进展,总结了几何形貌测试评价技术的发展趋势。

空间目标态势感知及多源数据融合技术发展与应用

天基空间目标态势感知系统作为空间威胁目标运动状态监测和特性测量的重要手段,与地面感知手段相比,具有独特优势,成为当今世界航天领域的发展热点。面对空间杂光背景噪声干扰下远距离空间暗弱目标与隐身、伪装等复杂目标精确识别与测量的感知需求,依靠单一的空间态势感知手段远远不能满足未来空间对抗的发展需求。多传感器数据融合技术能弥补单个传感器感知能力的不足,使它们发挥各自的优势,形成对空间目标态势情形更加清晰、完整的多维感知描述,在扩展目标感知信息的时空覆盖性、增强目标识别能力与降低误检率方面具有明显优势。在分析主要航天国家空间目标态势感知能力及态势感知信息融合技术发展现状基础上,研究梳理相关技术与装备发展情况、未来发展趋势,并给出空间目标态势感知数据融合应用实例,最后提出我国太空态势感知系统发展的启示和建议,为我国发展天基空间目标态势感知和多源数据融合技术,加快构建天基空间态势感知一体化技术体系提供参考。

星载微波辐射计热定标源计量测试技术研究

热定标源为星载微波辐射计提供高精度、高稳定的标准辐射亮温信号,用于微波辐射计在轨实时定标,在我国风云三号、海洋二号等气象与海洋观测卫星的微波探测载荷中得到广泛应用。热定标源物理温度与微波发射率的计量标定技术至关重要,直接关系到卫星探测的有效性和准确性。针对星载热定标源性能评价需求,围绕其关键的热特性和电磁特性,开展了计量测试技术研究,总结分析了物理温度测量与控制精度、温度不均匀度、温度稳定度以及微波发射率及频率范围等参数的现有测试方法与结果。同时根据我国遥感卫星定量化以及下一代气象卫星微波遥感载荷在轨定标需求,对更高性能星载热定标源的技术实现途径和发展趋势进行了分析与展望。

冷原子干涉加速度测量技术研究现状与发展动态分析

高精度加速度测量在惯性导航与重力场测量等领域有着广阔的应用前景。基于冷原子干涉的加速度测量传感器能够充分发挥原子物质波波长短、演化时间长和频率响应精确等特点,比传统加速度计和重力仪等惯性传感器具有更高的测量灵敏度、精度和长期稳定性,为现有加速度测量技术带来重大变革。从冷原子干涉加速度测量的基本原理出发,综述了30多年来国内外冷原子干涉加速度测量技术的研究进展,结合惯性导航对加速度测量的技术需求,分析总结了冷原子干涉加速度测量技术的发展动态与重点发展方向是系统的集成化与小型化、重复频率和测量带宽的提高、与经典加速度计的复合以及多轴加速度测量等,旨在提升和完善冷原子干涉加速度传感器的整体性能,以推动冷原子干涉加速度传感器向工程应用迈进,为满足高精度惯性测量的国防战略需求提供有力支撑。