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    吸气式电推进系统可行条件分析
    杨兆伦, 郭宁, 陈学康, 颜能文, 王聪
    中国空间科学技术    2020, 40 (1): 54-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0007
    摘要326)      PDF(pc) (1591KB)(292)   
    吸气式电推进系统作为有可能实现长寿命超低轨飞行的技术而被关注。根据不同轨道环境条件,采用管状结构进气道、以及机械增压的吸气方式,讨论了吸气式电推进系统所需的可行条件。分析表明,在轨高度180~240km,航天器所需总功耗与迎风面之比需要大于2kW/m2,电推力器比冲需大于4×104m/s,方可满足推阻平衡需求。分析得出,实现吸气式系统在地球轨道的运用,关键技术在于增加气体收集效率并且降低收集功耗,同时电推力器的效率还需进一步提升。
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    返回式探空火箭裙锥减速器方案设计及分析
    杨剑宇, 杨萱
    null    2019, 39 (5): 1-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0034
    摘要304)      PDF(pc) (2810KB)(170)   
    针对传统的探空火箭减速板质量大、展开角度不可调节等缺陷,提出一种新型探空火箭裙锥减速器减速方案。它具有质量小、可改变展开角、展开阻力面积大等优点。针对超声速探空火箭减速器再入时的气动特性,对其外围流场进行了仿真分析,得出了减速器不同锥角对气动特性及过载的影响,并给出了减速器外围流场、压力场以及减速器的应力应变分析,结果表明,减速器所受的气动阻力与其锥角有明显关系,具有非线性特点,且减速器的最大应力小于许用应力。该方案可为探空火箭的回收及新型减速器的设计提供一定的参考依据。
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    多星近距离绕飞观测任务姿轨耦合控制研究
    徐影, 张进, 于沫尧, 许丹丹
    中国空间科学技术    2019, 39 (6): 21-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0046
    摘要283)      PDF(pc) (6611KB)(164)   
    针对多星近距离绕飞观测任务,建立了相对姿态轨道动力学模型,分别考虑了在椭圆、空间圆绕飞轨道上观测卫星的两种期望三角形编队构型,以观测卫星视线始终指向目标为期望姿态,采用基于四元数和角速度误差反馈的比例微分控制律以及一种改进的基于人工势场法的制导方法相结合,对相对姿态及轨道进行控制。仿真结果表明:在控制律的作用下,绕飞过程中各观测卫星均能够有效地跟踪期望相对姿态和期望相对轨道;在空间圆绕飞轨道构型中,各观测卫星从初始同一位置出发后,在任意时刻3颗观测卫星构成的编队构型始终为正三角形,且正三角形的边长从零逐渐增大,最终等于期望正三角形构型的边长。
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    场发射电推力器的参数选择与调控方法
    刘子健, 沈岩, 耿金越, 刘旭辉, 秦宇
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0039
    摘要249)      PDF(pc) (5166KB)(203)   
    场发射电推力器具有几种不同的发射模式,分别产生荷质比不同的带电液滴或带电离子,使得不同模式下推力性能差别显著。针对不同的空间应用,需要设计不同种类的场发射电推力器,使其达到相应的推力参数。为此对场发射电推力器的发射过程展开分析,确定了推力参数的调控方法。首先对场发射电推力器的基本工作原理进行了阐述,并对不同发射模式的基础物理机制进行了分析。在此基础上通过理论计算得出采用不同推进剂可达到不同发射模式这一结论,并最终得出推力器性能参数的调控方法,论证了推力性能受到推进剂种类和发射模式的影响,在离子发射模式下处于高比冲、低推力工况,而液滴发射模式下处于低比冲、高推力工况。此外推力参数还受到供给流量、外加电压等多种因素的影响。在得到推力器参数的调控方法后,设计了一种主动供给型离子液体电推力器,以离子液体EMIBF4作为推进剂,进行了相应的试验研究。通过改变外加电压,实现了对推力器推力性能的调控,证实了此调控方法的可行性。推力器达到的推力范围为1.6~10μN,比冲范围为154~978s。
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    螺旋波电推进羽流电磁矢量控制的原理性验证
    丁亮, 郑慧奇, 彭毓川, 任琼英, 赵华
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 38-43.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0043
    摘要246)      PDF(pc) (10374KB)(142)   
    推进器羽流的电磁矢量控制是基于电磁位形的改变使得喷射的羽流改变方向。为了原理性验证电推进羽流电磁矢量控制技术,针对螺旋波电推进器,开展了磁场位形调制仿真设计和试验验证。说明了电磁矢量调制线圈能够改变磁场位型,并且在试验过程中验证了等离子体羽流随磁场位型变化而产生的羽流方向偏转。在周期性磁场调制过程中,验证了等离子体密度参数随之周期性涨落。螺旋波电推进羽流方向最大偏转角度60°,可控偏转频率15Hz,说明了电推进羽流电磁矢量控制的可行性。
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    基于低轨移动星座的高速星载路由器设计
    吕原草, 王凤春, 徐楠, 韩笑冬, 冯彦君, 邢川
    中国空间科学技术    2019, 39 (6): 87-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0054
    摘要245)      PDF(pc) (5344KB)(149)   
    随着地面网络流量不断增长,实现星地一体化要求星间网络能够提供基于IP的大流量数据传输。而星载路由器作为连通星间网络的关键设备,其转发速率和服务质量等指标决定了整个星间网络的吞吐量和时效性。考虑到现有星载路由器吞吐量低的现状,提出一种适用于低轨移动通信星座的高速星载路由器设计方案,在基于拓扑快照的路由基础上补充3层动态路由,在保证交换速率的同时减少网络故障导致的丢包,实现“一次路由,多次交换”。采用共享内存式的交换存储单元,利用Spacewire和Serdes高速接口单元,理论上星间数据吞吐量能够达到最高51Gbit/s,且支持IP数据传输,为与地面网络的融合奠定基础。
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    大功率无电极高密度等离子体电磁推进概述
    刘莉娟, 温晓东, 孙新锋, 张天平, 郭宁
    null    2019, 39 (5): 37-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0038
    摘要241)      PDF(pc) (4869KB)(365)   
    无电极高密度等离子体电磁推进技术已成为未来深空探测、载人航天和货运、太阳能电站以及航天器在轨服务与维护等空间任务中极具竞争力的核心推进技术之一。在梳理不同无电极等离子体电磁加速机制基础上,开展大功率无电极高密度等离子体电磁推进技术性能对比,给出新概念无电极场反构型电磁推进技术向未来超大功率拓展的优势和发展潜力,同步分析了该技术亟需解决的关键基础问题,旨在为中国新概念场反构型电磁推进技术的研发提供理论基础。
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    霍尔推力器羽流对S波段电磁波的衰减研究
    于博, 张敏, 余水淋, 康小录
    null    2019, 39 (5): 19-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0036
    摘要227)      PDF(pc) (11601KB)(137)   
    霍尔推力器羽流对S波段电磁波信号有衰减作用,这对星上推力器与天线的布置策略有重要影响。为研究S波段电磁波的衰减程度,建立几何光路算法,对电磁波在等离子体羽流媒质中的传输衰减进行数值描述,并以试验所测的信噪比数据来验证算法精度。验证试验采用空间透射波法,在相同工况的试验与计算结果对比中,最大计算误差为26.1%,平均误差为7.3%;在趋势上,试验结果与计算结果保持一致。在此基础上,针对84个在轨典型工况进行S波段电磁波信噪比衰减计算,结果显示:羽流对电磁波的吸收作用是影响衰减的主要因素,衰减最大区域出现在天线位置0.3~0.6m、方向角15°~30°的区域,衰减值在-7~-4dB之间。该结果可为霍尔推力器与天线在卫星的布置提供参考依据。
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    微型镓场发射电推力器的推力和比冲测量
    徐明明, 刘欣宇, 康小明, 郭登帅, 贺伟国
    null    2019, 39 (5): 69-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0042
    摘要223)      PDF(pc) (3215KB)(177)   
    电推进技术的发展推动了微推力测量技术和比冲测量技术的研究进程。为了评估已研制出的微型镓场发射电推力器的性能,进行了推力和比冲测量。研制了一种用于场发射电推力器的微推力测量平台;进行了LabVIEW开发;对测量平台进行了标定与分析,并通过试验比较了推力实测值与理论值,实测值范围为3~28μN。另外,利用飞行时间法,测得推力器在不同发射电流下的比冲数据,比冲范围为5917~8875s。
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    空间微重力组合体及其控制
    于绍华
    null    2019, 39 (5): 49-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0039
    摘要222)      PDF(pc) (1448KB)(205)   
    空间微重力组合体是绳系卫星系统的升级版,有更强大的功能和应用前景。可是在无控状态下,新旧两款系统的留位(系绳伸出长度不变)和回收(系绳回卷收缩)运动都不稳定,必须置入有效的控制算法才能使其稳定运行。从绳系卫星的简化动力学模型入手,抓住微重力和动态运动中的惯性力相互关系,推导出基础型和扩展型的距离速率控制算法,简明有效地抑制这些系统的不稳定运动和改进空间组合体在轨交会对接控制技术。该算法也可应用于有分布质量和弹性变形的连续系绳的动力学模型以及其他更复杂的绳系卫星(家族)系统的控制中。
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    码流映射的JPEG2000遥感图像无损信息隐藏
    张茗茗, 周诠, 呼延烺
    null    2019, 39 (5): 28-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0037
    摘要218)      PDF(pc) (11364KB)(103)   
    遥感图像经过飞行器JPEG2000压缩编码传输到地面,在传输过程中有时需要搭载其他一些遥测信息,将附加信息嵌入到压缩文件中。对JEPG2000的数据结构进行了研究,将压缩文件的数据部分变换成图像并将其分块,统计256个灰度值,找到出现次数最多的灰度值以及次数为0的灰度值。将这些灰度值所对应的字节进行映射,不同的灰度值代表不同的二进制秘密信息。接收端通过映射将秘密信息提取后,再将载体更改后的字节恢复。隐藏容量平均有了500bit的提升,载密图像的PSNR大于30dB,同时载体数据仍然可以无损恢复。试验结果说明,该算法可以无损地实现JPEG2000图像的信息搭载,同时文件没有膨胀。
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    基于BM3803的1553B总线通信软件设计
    韩春慧, 王煜, 黄书华, 许权, 张珅, 鲁月林
    null    2019, 39 (5): 61-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0041
    摘要204)      PDF(pc) (5113KB)(157)   
    在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OSII,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OSII的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。
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    空间充气薄膜衍射成像结构的热力耦合分析
    孙向伟, 徐彦, 王培栋, 方琴, 朱东方
    null    2019, 39 (5): 8-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0035
    摘要189)      PDF(pc) (11565KB)(70)   
    随着空间光学技术的发展,衍射成像系统成为空间光学领域的研究热点。提出了一种充气薄膜衍射成像结构设计方案,针对其在空间热载荷作用下的热力耦合效应开展研究。建立了充气薄膜衍射成像结构的热力耦合顺序分析框架,基于IDEAS和ANSYS软件二次开发技术,实现了热力耦合数值分析,得到了结构在轨运行时的瞬态温度场、热应力、热变形等。分析结果表明,充气支撑结构产生了较大热变形,但最大热应力远小于聚酰亚胺薄膜材料的抗拉强度,而镜面中心处没有出现较大的热变形响应,为充气薄膜衍射成像结构的防热设计提供了技术支持。
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    载人地月混合轨道一次脉冲应急返回轨道分析
    吕鹏伟, 尚志, 王平
    中国空间科学技术    2020, 40 (1): 1-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0001
    摘要182)      PDF(pc) (3881KB)(117)   
    对于载人地月转移任务,应急返回轨道是航天员安全返回地球的保障。针对载人混合轨道地月转移对安全性要求高的特点,基于载人地月混合轨道,提出了3种一次脉冲的应急返回轨道,即直接返回、即刻机动绕月返回及绕月后机动返回等模式。研究了不同时刻发生故障后,利用3种应急模式返回地球的转移时间和速度增量等特性,研究了载人地月转移全过程出现故障后的应急方式,总结了3种应急模式的应用特点及优劣,可为载人月球探测任务顶层任务分析与设计提供参考。
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    脉冲等离子体推力器电磁加速机理数值研究
    杨三祥, 刘超, 王尚民, 冯杰, 陈娟娟, 吴辰宸, 贾艳辉, 郭宁, 耿海
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 11-21.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0040
    摘要182)      PDF(pc) (12440KB)(161)   
    为了对脉冲等离子体电磁加速机理有清晰的认识,为后续推力器性能的优化和产品的小型化提供理论基础,需要对脉冲等离子体推力器的特性进行数值研究。利用包含电容、电感、平行板电极、等离子体的一维集成电路模型,开展了脉冲等离子体推力器的数值模拟研究。通过改变初始放电电压和电极间距的大小,系统地研究了脉冲等离子体推力器的初始放电电压、电极间距对推力器电磁加速的影响。结果表明,在其他参数不变的情况下,推力器的推力、比冲、元冲量,以及等离子体的密度、温度随推力器初始放电电压的增加而增加;同样,增加电极间距也能够提高推力器的推力、比冲;然而,电极间的阻抗会随电极间距的增加而增加,导致推力器的点火难度也随之增加,因此脉冲等离子体的电极间距存在一个最优值。
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    低轨导航增强卫星星座设计
    田野, 张立新, 边朗
    中国空间科学技术    2019, 39 (6): 55-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0050
    摘要170)      PDF(pc) (7032KB)(57)   
    针对目前全球低轨卫星快速发展的现状,对低轨导航增强卫星星座设计方法进行了详细的研究。首先推导了轨道高度与可视球冠的关系,结合太空垃圾分布,从覆盖范围、经济性及碰撞风险几方面联合确定了轨道高度。然后推导了用户仰角与轨道倾角的关系,分析了实现南北极点覆盖的轨道倾角。接着结合铱星星座,推导出单一星座构型无法实现全球范围内均匀的可见星和精度衰减因子(Dilution of Precision,DOP)值分布。最后提出了一种组合低轨卫星星座设计方法。结果表明,该方法设计的组合星座在实现全球覆盖的同时,能够实现可见星数量与DOP值在全球范围内的均匀分布。
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    小卫星非常规动力学分析与控制
    白照广, 杨新峰, 崔玉福, 刘质加, 邓卫华
    中国空间科学技术    2019, 39 (6): 1-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0044
    摘要167)      PDF(pc) (2387KB)(129)   
    针对小卫星研制中出现的一些非常规动力学问题进行研究,并提出解决办法。针对小卫星组件最大冲击谱量级超出常规冲击试验规范谱的分析与验证困难,通过研究提出了能够分析评估组件高量级冲击的方法。针对小卫星随机振动下强度设计方法还存在较大误差,分析了系统模态质量比与模态频率在一定频段的影响规律,认为忽略模态质量耦合会带来误差,提出了考虑模态质量耦合的准静态载荷计算方法。最后,针对小卫星整星开展了减振研究,分析了正弦和随机减振效果,对于对称安装减振系统,提出了减振系统的主频率计算公式。
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    高比冲霍尔推力器启动特性研究
    陈杰, 康小录, 赵震, 程佳兵, 梁伟
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 22-28.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0041
    摘要165)      PDF(pc) (4663KB)(134)   
    高比冲霍尔推力器从霍尔推力器研制初期就得到重视,但是与工程应用相关的参数对比、电流变化和振荡特性特的研究较少。通过测量推力器在不同工况下推力大小、电流变化和电流振荡波形,给出了HET80HP高比冲霍尔推力器的性能特点和启动特性。研究结果表明,HET80HP高比冲霍尔推力器相对于传统霍尔推力器,在较大流量和较高放电电压工况下具有更好的性能。冷启动时,正常磁场情况下放电电流存在电流尖峰,并且需要较长的时间才能达到相对稳定。不同磁场位形热启动情况下电流的变化过程表明,电流尖峰是否存在主要与磁场位形有关,启动时温度的高低与电流尖峰是否存在没有明显关系。此外,通过对比不同磁场下推力器比冲和平均频率的变化可知,推力器低频振荡平均频率的高低能够较好地反映推力器比冲的大小。
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    基于PID算法的磁选态铯束管C场的优化
    陈是, 王骥, 黄良育, 刘志栋
    中国空间科学技术    2020, 40 (2): 54-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0020
    摘要164)      PDF(pc) (3810KB)(67)   
    介绍了磁选态铯束管的C场优化方法,通过自研的磁选态铯束管测试系统为铯束管提供必要的测试环境,设计不同的PID控制算法对铯束管的C场进行优化与分析,最终得到了合理的优化参数。通过对多只铯束管进行优化,将铯束管的(0~0)峰与±1峰的频率差控制在了42820kHz±20Hz范围之内,并与已有的铯束管测试平台优化结果进行比对,最优C场电流误差不超过002mA,验证了优化结果的正确性。
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    空心阴极热特性优化研究
    于博, 宋娜, 康小录
    中国空间科学技术    2020, 40 (1): 45-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0006
    摘要157)      PDF(pc) (4056KB)(213)   
    空心阴极常用于霍尔或离子电推进系统的电子源,其热特性对自身工作寿命和能效有重要影响。为考察工作过程中阴极的温度分布和热耗散特性,对空心阴极进行数值分析。采用等离子体流场计算数据与温度场计算数据互为输入条件,进行反复迭代的方式,计算稳态下阴极内部的温度场。为验证模型与计算代码的正确性,在真空舱内开展阴极的放电试验,利用热电偶与光学温度计对阴极5个测点进行测温,并将试验结果与计算结果进行比对。结果表明,计算的最大误差在5%以内。在此基础上,考察了不同结构、材料空心阴极内部的温度分布以及热耗散情况。当阴极整体长度由小变大时,阴极整体热耗散功率会先减小后增大,而采用发射率较高的外壳材料会提高阴极整体热耗散且降低整体温度。
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