国外超低轨卫星计划及环境效应研究进展

由于在军事侦察、科学探测等方面的优势,超低轨卫星具有巨大的经济效益和广阔的应用前景。系统调研了国外(美国、俄罗斯、日本等)超低轨卫星的发展概况,梳理了国外在超低轨空间环境效应方面开展的技术研究工作,提出了我国超低轨卫星环境效应方面需要关注的问题。

新型空间环境效应探测器技术及其应用研究

太阳电池在空间环境因素影响下,其开路电压和短路电流有不同程度的变化。文章根据这一特点,提出了一种新型的空间环境效应探测器技术,利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境,探测结果直接反应空间环境对太阳电池的效应,具有体积小、重量轻、低功耗等特点,特别适合航天器搭载飞行。

月壤原位成型技术工程适用性浅析

月壤原位成型技术作为月球资源原位利用技术体系中的研究热点,是在月表制造建筑材料及实施月表基础设施建设的关键。文章基于国内外月壤原位成型技术发展现状,根据未来可能的月壤成型任务提出了5种月壤成型技术,分析了其各自涉及的成型体性能与任务需求的匹配性,成本及能耗约束,环境适应性以及成型工艺流程的可实现性等;梳理了形成了月壤原位成型领域的发展建议,对于后续月球资源探测和开发具有一定的借鉴和指导意义。

面向载人月球探测的月面环境模拟试验关键技术分析

文章针对未来有人参与的月球探测任务,首先开展了月球表面环境地面模拟试验验证需求分析,归纳总结了国内外技术发展现状。然后,提出并分析了载人月球探测地面模拟试验需重点研究的关键技术:真空热环境下月面移动式多体低重力模拟技术;复杂月面环境高精度热流模拟技术;大容量布尘条件下超高真空获得与保持技术;月面辐射与月尘环境模拟技术;月尘防护效能量化评估技术;月面综合环境试验验证技术等。最后,给出了面向载人月球探测的月面环境模拟试验技术研究总体方案,并对月面环境模拟试验技术的发展目标进行了展望。

无控航天器与空间碎片再入的工程预测方法研究现状

无控航天器、火箭末级以及空间碎片再入地球大气层后可能未烧尽,残存的小碎片高速撞击地面,对人类安全和生态系统构成极大威胁。提前预测其再入轨迹并采取预防措施能够有效降低地面风险。文章对无控航天器和空间碎片再入工程预测模型,包括航天器模型、动力学模型、气动热模型和烧蚀解体模型的研究现状进行跟踪与总结,也介绍了国内外有公开资料的工程应用软件,并讨论若干关键问题和进一步研究方向。

密封舱常压热试验环境模拟技术

文章探讨了可用于载人航天器的常压热试验环境模拟技术,包括空间站的在轨漏热分析、多层常压隔热性能试验以及大型常压热试验验证系统试验能力分析,在此基础上完成了空间站某密封舱段的大型常压热试验,并基于试验结果进行漏热对比分析,验证所用常压热试验环境模拟技术的效果能达到预期。

技术成熟度评价在航天器地面环境试验中的应用

应国防武器装备采办中对技术状态控制、风险控制的需求,技术成熟度评价理论已在各主要航天国家得到广泛应用。通过分析美国和中国技术成熟度等级标准,提出了适用于航天器地面环境试验技术特点的8级技术成熟度等级标准和应用建议,以期为航天器地面环境试验技术状态管理提供一个行之有效的工具。

GEO卫星空间自然强电磁环境与防护综述

GEO卫星在轨运行期间,面临着复杂的空间自然强电磁环境,环境中的强电磁脉冲将从"前门"和"后门"两种途径耦合进入星内,对卫星的在轨安全运行构成威胁。本文首先介绍了GEO卫星所面临的空间自然强电磁环境,然后分别就孔缝、光学窗口和穿舱管路、线缆这几种典型的后门耦合通道的特点和研究现状进行了介绍,最后对相应的防护措施进行了总结。

火星稀薄大气环境下的四旋翼无人机动力系统初步研究

火星的低气压环境为飞机可能应用于火星探测创造了条件。四旋翼飞机具有结构简单、可靠性高、可空中悬停、可重复起降等众多优势,成为火星探测应用的研究方向之一。文章针对火星四旋翼无人机关键的动力系统,用二维CFD仿真软件建立了螺旋桨模型,仿真分析了桨叶倾角、转速和半径等因素对桨叶升力的影响,并进行了螺旋桨初步方案设计。针对方案还开展了稀薄大气环境下的试验,测试了螺旋桨的升力,获得了与仿真分析一致的结果。文章研究可为火星四旋翼无人机动力系统进一步细化设计提供参考。

重点实验室学术交流活动

2017年7月22日至23日，由北京卫星环境工程研究所可靠性与环境工程技术重点实验室，中国科学院高能物理研究所、地质与地球物理研究所等单位在京联合举办“华南大陆边缘地球科学——中微子科学交叉国际研讨会”。来自美国、英国、丹麦、澳大利亚等多个国家60多位地学专家与粒子物理学家一起探讨这个新兴交叉课题。地球内部的放射性铀钍元素衰变产生的热量是驱动地球演化的重要因素，但其贡献大小至今众说纷纭。对铀钍衰变时产生的中微子进行探究，可以提供其他手段无法得到的地球深处的信息。

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1～10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。

卫星电子组件高加速寿命试验技术

高加速寿命试验(HALT)是一种高效的可靠性试验。通过高加速应力作用,激发产品潜在缺陷变为故障并进行改进,以达到其在使用中几乎不会出现故障的目的。文章阐述了试验的基本原理、试验剖面和失效分析等等,根据航天产品的特点,给出了应力极限确定步骤和温度控制方法,并将该方法在卫星典型电子组件上进行了应用研究。

脉冲涡流无损检测技术及其用于航空航天材料缺陷检测的研究进展

对飞行器材料内部缺陷情况的及时有效检测,可实现对飞行器等重要器件材料缺陷而引起的风险作出预判,避免航空航天事故的发生。文章在回顾脉冲涡流无损检测基本原理的基础上,综述了该技术的国内外相关研究进展及其在航空航天材料缺陷检测中的应用。进而结合北京航空航天大学相关实验室的研究项目,介绍了基于超导量子干涉仪的脉冲涡流无损检测在微小缺陷检测方面的优势、相关技术和初步实验结果。

红蓝光敏探测器空间环境效应探测数据分析

红蓝光敏太阳电池空间环境效应探测器利用镓铟磷和三结砷化镓太阳电池来探测空间污染、原子氧和辐射环境及效应,搭载在中国空间技术研究院自主研制的"新技术验证一号"卫星上。文章通过分析红蓝光敏探测器在轨1年时间的探测数据,得到如下结论:红蓝光敏探测器污染电池板功率下降2.7%,等效污染累积增加量2.23×10-5 g/cm2,日均6×10-8 g/cm2;原子氧探测器在轨道高度499.226 km运行11个月,原子氧积分通量探测数据为9.7×1020 AO/cm2;辐射效应探测器(三结砷化镓太阳电池)在轨1年后累计接受辐射剂量(等效1 MeV电子注量)5.49×1011 e/cm2。

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。

用于热真空环境下整星微波无线测试的低PIM吸波热沉研制

随着通信卫星技术的发展,收发共用已成为通信卫星有效载荷常用的设计方法,在这种情况下,无源互调(passive intermodulation,PIM)问题就显得尤为突出。为了完成整星及转发器分系统在热真空环境下的PIM指标测试,利用碳化硅吸波材料研制了一种低PIM吸波热沉,并利用该吸波热沉建立了指标小于150 dBm的低PIM测试环境,同时兼具热流模拟功能和微波功率耐受能力。在热真空环境下圆满完成了国内首次有整星参与的微波载荷无线PIM测试试验。

多轴随机振动试验控制技术研究

文章研究了多轴随机振动试验控制技术,详细阐述了系统传递函数辨识、驱动信号生成、控制修正算法等关键技术。介绍了自主研发的多轴随机振动控制系统的整体架构。利用该系统在三轴振动试验台上开展了多轴随机振动控制试验。试验结果表明采用的控制修正算法可行,控制效果良好,若干关键技术在多轴随机振动控制系统中的控制效果得到验证。

真空环境下电容薄膜规测量偏差的原因分析

在某大型航天器的调试试验中,需使用电容薄膜规(以下简称薄膜规)进行密封舱内真空度测量,结果发现薄膜规测量数据出现了较大的偏差。本文即对这一问题进行原因分析,提出在真空环境下,薄膜本底偏移量是产生偏差的最重要原因,并有针对性地采取解决措施。

归因于空间环境的航天器故障与异常

天然空间环境对航天器设计、研制和运行的影响是NASA马歇尔空间飞行中心系统分析和集成实验室电磁与航空宇宙环境部组织编写的一系列NASA RP报告的主题。其中,NASA RP-1390详细概述了天然空间环境7个主要环境因素,包括它们的简单定义、相关的型号计划事项以及对各种航天器分系统的影响。该报告提供100多个从1974～1994年间发生的归因于天然空间环境的航天器故障和异常的案例,统计分析天然空间环境及其对航天器的影响。文章是对这篇报告的介绍与点评。

磁力矩器在高低温变化环境下工作磁矩实时测试方法

采用赤道作图法等常规磁矩测试方法无法实现磁力矩器在热真空、热循环等空间环境模拟试验过程中的磁矩监测。针对这种情况,文章提出了一种通过磁通反演磁矩的测试方法。该方法通过建立磁力矩器的磁矩与通过测试线圈的磁通之间的对应关系数据库,进而根据测得的测试线圈内的磁通值来间接地得到磁力矩器的磁矩值,从而实现了磁力矩器在高低温变化环境下的磁矩实时测试。