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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289)      PDF(pc) (2810KB)(147)   
    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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    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272)      PDF(pc) (1591KB)(243)   
    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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    面向深空探测的电磁帆推进技术研究进展
    鱼伟东, 温晓东, 张天平, 刘莉娟
    null    2019, 39 (4): 43-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0028
    摘要254)      PDF(pc) (5928KB)(225)   
    电磁帆是一类利用太阳风驱动的无工质或少工质新型推进技术,在需要推力器长时间工作的深空探测任务中具有非常广阔的应用前景。首先介绍了电磁帆的基本概念和主要分类,其次分别介绍了电帆、纯磁帆和磁等离子体帆三类推进方式的系统组成和工作原理,重点介绍了各自的研究现状,并梳理出了相关关键技术,同时介绍了等离子体磁罩技术。最后对电磁帆推进技术研究进展进行了总结,为国内开展此方面研究提供了研究方向和发展思路。
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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247)      PDF(pc) (6611KB)(142)   
    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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    月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试
    杨驰航, 刘江凯, 龙龙 , 宋欢, 李龙, 朱凌超, 叶炳旭, 陈泓儒, 张皓
    null    2019, 39 (4): 28-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0026
    摘要229)      PDF(pc) (2728KB)(174)   
    立方星是一种模块化的微小卫星,在科学探测与专业人才培养等方面具有重要意义。针对目前立方星任务逐渐从近地轨道向深空扩展的发展趋势,以立方星月球深空任务为背景,利用商业器件设计并实现了初步的立方星姿态控制系统,以及姿态控制系统所必需的结构、电源、计算机等立方星子系统,同时给出了姿态测试平台的设计方案及其硬件实现。在所搭建硬件平台上,通过测量飞轮控制器的阻尼系数,对控制模型进行参数辨识与标定,获得了与数值仿真一致的实物测试结果。针对姿态控制系统设计了PD控制律,并在控制实验中实现了至任意姿态角的机动控制。
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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214)      PDF(pc) (3215KB)(155)   
    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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    修正的阿伦方差对调相闪烁噪声的抑制
    刘英乾, 陈强, 薛仁魁, 兰雪梅, 张真智
    null    2019, 39 (4): 68-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0031
    摘要199)      PDF(pc) (1184KB)(184)   
    在时频领域内,普遍采用阿伦方差来表征频率稳定度,但阿伦方差对于调相闪烁噪声的抑制能力有其本身算法的缺陷。提出了用修正阿伦方差来表征频率稳定度,以降低噪声对频率稳定度的影响。分析并研究了修正的阿伦方差对调相闪烁噪声的抑制机理。通过卫星共视时间比对试验,对氢原子钟与原子时标国家计量基准的比对数据进行评估,利用噪声模型对评估结果进行论证。验证了修正阿伦方差对于调相闪烁噪声抑制的有效性。
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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196)      PDF(pc) (4869KB)(276)   
    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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    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196)      PDF(pc) (1448KB)(156)   
    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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    微型镓场发射电推力器的研制和点火特性
    徐明明, 康小明, 郭登帅, 刘欣宇, 贺伟国
    null    2019, 39 (4): 73-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0032
    摘要190)      PDF(pc) (3944KB)(186)   
    为了满足立方星等微纳航天器对推进系统的需求,研制出中国首台针式微型镓场发射电推力器。通过提高润湿温度解决了真空环境下镓难以充分润湿钨针等问题。实现了推力器的稳定点火,测试了不同润湿温度和不同几何参数下的点火特性。得到了发射电流随润湿温度提高、极间距减小和吸极内孔直径的增大而增大的关系。通过公式计算,给出了不同发射电流下的理论推力。通过电场仿真得到不同几何参数下的电场强度,揭示了几何参数影响发射电流的原因。
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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189)      PDF(pc) (5344KB)(109)   
    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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    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185)      PDF(pc) (11601KB)(121)   
    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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    基于深度增强学习的卫星姿态控制方法
    王月娇, 马钟, 杨一岱, 王竹平, 唐磊
    null    2019, 39 (4): 36-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0027
    摘要171)      PDF(pc) (2780KB)(182)   
    针对卫星在执行丢弃载荷或捕获目标等复杂任务时遭遇的姿态突然发生变化的问题,采用深度增强学习方法对卫星姿态进行控制,使卫星恢复稳定状态。具体来说,首先搭建飞行器的姿态动力学环境,并将连续的控制力矩输出离散化,然后采用Deep Q Network算法进行卫星自主姿态控制训练,以姿态角速度趋于稳定作为奖励获得离散行为的最优智能输出。仿真试验表明,面向空间卫星姿态控制的深度增强学习算法能够在卫星受到突发随机扰动后稳定卫星姿态,并能有效解决传统PD控制器依赖被控对象质量参数的难题。所提出的方法采用自主学习的方式对卫星姿态进行控制,具有很强的智能性和一定的普适性,在未来卫星执行复杂空间任务中的智能控制方面有着很好的应用潜力。
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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169)      PDF(pc) (5113KB)(131)   
    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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    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164)      PDF(pc) (11364KB)(98)   
    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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    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164)      PDF(pc) (3881KB)(102)   
    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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    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158)      PDF(pc) (11565KB)(68)   
    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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    基于显式力控制的空间机器人抓捕碰撞力控制方法
    方群, 崔明明
    null    2019, 39 (4): 1-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0023
    摘要158)      PDF(pc) (6328KB)(197)   
    针对空间机器人抓捕漂浮目标过程中的碰撞力控制问题,建立了空间机器人抓捕目标的动力学模型及与目标接触的接触碰撞模型;分析了手爪闭合速度和目标初始位置等参数对碰撞过程的影响;在此基础上采用任务优先逆运动学求解方法,设计了基于显式力控制的抓捕接触碰撞力控制方法,并对基于外力控制的碰撞力控制方法和基于显式力控制的碰撞力控制方法进行对比分析。结果表明,基于显式力控制的目标抓捕接触碰撞力控制方法能够实现满足平稳性要求的碰撞力控制,且所需的基座推力和关节控制力矩较小。
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    LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料的磷酸表面改性
    徐志彬, 李杨, 桑林, 丁飞
    null    2019, 39 (4): 62-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0030
    摘要150)      PDF(pc) (3778KB)(229)   
    针对新一代空间型号产品对储能电源提出的更高需求,提出采用表面改性的方法提升LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料在锂离子电池中的循环稳定性。通过采用磷酸(H3PO4)对NCA正极材料进行表面处理,H3PO4会与NCA颗粒表面的含锂碱性物质发生反应,从而在NCA颗粒表面生成稳定且导电性良好的Li3PO4界面层。循环以及阻抗测试结果表明,经H3PO4表面处理的NCA材料组装电池循环50次后电池容量为170.5mA·h/g,容量保持率达到94%以上,界面阻抗得到抑制。H3PO4表面处理有效抑制了NCA颗粒表面碱性残留对电化学性能的不良影响,提升了界面稳定性,获得了更好的循环性能。
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    单星测频静态目标无源定位研究
    黄静, 赵薇薇, 陈雪华, 刘喆, 王刚
    null    2019, 39 (4): 11-.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2019.0024
    摘要148)      PDF(pc) (2061KB)(164)   
    提出了一种基于非线性最优化技术的单星测频无源定位算法,该方法利用单颗卫星单个通道在不同位置上测得的信号多普勒频率,实现对地面固定辐射源的无源定位,具有有效载荷简单、对卫星姿态无特殊要求、定位收敛快、精度较高等优点。同时,探讨了多普勒频率测量误差预处理技术,以及基于PAR模型的系统误差分离技术,通过对测量误差的分离与处理,可以大幅度提高频率测量数据的精度,从而保证后续测频定位精度。最后,通过仿真试验和工程实际,验证了单星测频定位技术的有效性和准确性。
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