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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443)      PDF(pc) (10374KB)(181)   
    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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    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401)      PDF(pc) (5166KB)(320)   
    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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    北斗GEO卫星CEI相时延解算方法研究
    陈少伍, 王静温, 黄磊, 徐得珍
    中国空间科学技术    2020, 40 (6): 123-130.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0079
    摘要399)      PDF(pc) (3537KB)(279)   
    连线端站干涉测量(connected element interferometry,CEI)是高精度测角技术,在中高轨卫星、月球及深空航天器定轨定位中有良好的应用前景。基于CEI技术特点,提出了一种新的测量方法,即在相干测距模式下利用测距音和载波信号作为信号源进行连线端站干涉测量。构建了CEI试验系统对北斗GEO卫星进行观测,利用相干测距模式下的下行信号解算群时延、相时延。利用北斗GEO卫星精密星历计算的时延理论值,对北斗GEO卫星CEI群时延和相时延结果进行评估。结果表明,相干测距模式下CEI群时延和相时延残差均值分别为0.47ns、0.08ns,标准差(3σ)分别4.2ns、0.13ns。该项研究验证了相干测距模式下CEI相时延解算的可行性,可为共位地球同步卫星精密相对定位、月球探测器CEI测量提供技术参考。
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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359)      PDF(pc) (4663KB)(244)   
    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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    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343)      PDF(pc) (12440KB)(219)   
    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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    静止轨道卫星通信链路的预算与分析
    徐挺, 兰海, 张宏江
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 83-92.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0035
    录用日期: 2020-01-20

    摘要330)      PDF(pc) (3338KB)(258)   
    星地链路计算作为卫星通信的重要技术,是卫星通信系统设计的基础和理论依据,直接决定了卫星通信系统的链路通信质量。由于影响卫星链路的因素很多,设计中存在一处不合理即使得整条星地链路不可用,造成巨大的损失。而且在实际设计中无法做到最理想的链路状态,往往需要在某方面有所取舍,这也是链路计算中的一大难点。基于目前国际通用的链路计算方法,将星地链路上下行拆分,独立计算,综合分析,再结合实际工程经验,分析和计算实际工程案例,针对不同的链路配置给出相应合理的设计方法,可作为静止轨道通信卫星星地链路计算分析的参考。
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    高分七号卫星总体设计与技术创新
    曹海翊, 张新伟, 赵晨光, 徐驰, 莫凡, 戴君
    中国空间科学技术    2020, 40 (5): 1-9.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0052
    摘要318)      PDF(pc) (5941KB)(295)   
    高分七号卫星(GF-7)是中国自主研制的首颗1∶1万比例尺立体测绘卫星, 是国家高分辨率对地观测系统重大专项的重要组成部分。卫星围绕“双线阵相机与激光测高仪主被动复合测绘”的新体制,形成了高精度内/外方位元素稳定性设计、高精度姿态稳定控制、首个X频段自适应高速率数据传输系统、星上智能星务管理系统等一系列关键技术和创新点,实现了少控制点或无控制点区域的大比例尺立体测绘能力。介绍了卫星的总体设计情况,总结了观测体制、高精度载荷、姿态控制、高速数传、智能星务等技术创新点,通过卫星在轨初步测试结果进行了评价,认为卫星能够满足1∶1万测绘任务的要求。
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    基于TLE的弹道系数计算方法及应用分析
    张炜, 崔文, 张育卫, 刘兴, 朱俊
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 107-113.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0038
    录用日期: 2020-01-20

    摘要303)      PDF(pc) (3008KB)(153)   
    针对仅使用两行要素(Two Line Element,TLE)作为数据源的应用需求,研究了基于TLE轨道衰减的弹道系数计算方法。介绍了一种常用的基于两组TLE的直接计算法,分析TLE选取间隔对结果精度的影响;提出了一种基于多组TLE的迭代计算方法,以降低异常TLE对计算结果的影响;从弹道系数计算效果、在再入预报中的应用等方面对这两种方法进行比较分析。结果表明,两种方法各有优劣,基于多组TLE的迭代计算法稳定性更高、受TLE精度的影响更小;由于数据区间更短,基于两组TLE的计算结果对短期轨道衰减特性反应得更准确,用于临近再入时的预报效果更好。
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    基于BP神经网络技术的电离层VTEC融合
    郭承军, 庞国强
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 78-83.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0048
    摘要290)      PDF(pc) (3366KB)(98)   
    随着电离层探测技术的不断发展,电离层观测资料也越来越多,只使用单一的观测资料会出现电离层反演精度不高的问题。为了提高电离层的反演精度,使用BP神经网络技术将地基反演和国际参考电离层(international reference ionosphere,IRI)模型的垂直总电子含量(vertical total electron content,VTEC)数据进行有效融合。在温带地区\[35°(N)~45°(N),60°(E)~80°(E)\]进行电离层反演试验,结果表明基于BP神经网络技术的电离层数据融合和地基反演获得的电离层VTEC精度都比较高,但是基于BP神经网络的电离层数据融合反演精度比地基反演更高,所以基于BP神经网络技术的数据融合能够提高电离层的反演精度。
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    基于DDMZM的星载微波光子混频器设计
    惠金鑫, 赵莹, 邓向科, 郑飞腾, 孙树风
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 36-42.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0030
    录用日期: 2020-02-19

    摘要289)      PDF(pc) (2308KB)(118)   
    微波部件由于分布式参数的影响,存在一定的频率选择性,难以实现宽带多频段兼容的变频系统,已不能满足高通量星载通信载荷的需求。微波光子技术以其大带宽和无频率选择性的优势为高通量天基通信需求的实现提供了可能性。基于双驱动马赫增德尔调制器(DDMZM)对星载通信转发设备混频单元的方案进行探索,通过理论分析链路模型,使用VPI软件对链路进行仿真优化来寻找DDMZM的最佳偏置点。试验结果表明调制器偏置在最小点时,变频效率高,且具有一定的载波抑制功能,可实现宽带、多频段以及抗干扰等性能,优于微波变频性能。
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    温度对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响研究
    赵震, 程佳兵, 康小录
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 29-37.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0042
    摘要288)      PDF(pc) (6885KB)(94)   
    霍尔推力器磁路设计主要通过常温静态磁场仿真得到,并实测推力器非工作状态常温磁场进行复核。大功率霍尔推力器将面临更为严峻的热问题,推力器工作时磁路系统受高温影响,因此在常温下仿真得到的磁场位形会因温度升高而产生偏移,不能反映推力器真实工作时的磁场情况。为研究霍尔推力器工作时热量对磁路系统的影响,通过热磁耦合仿真对10kW磁屏蔽霍尔推力器的热态磁场分布进行研究,并对热态、常温仿真结果进行了对比,发现在阳极附近的径向磁感应强度Br的差异比放电室出口更大。常温设计的磁屏蔽构型在热态时偏离磁屏蔽,磁场和壁面最大不符合度达到13%,通过陶瓷出口型面修正后重新获得磁屏蔽效果,使最大不符合度降低到4.8%以下。合理热设计有助于降低热载荷,热仿真得到磁路系统最高温度低于500℃,低于0.78倍的居里温度Tc磁性急剧转变点,不会出现磁性能急剧下降,但热量对磁屏蔽霍尔推力器磁场构型的影响是应该考虑的。
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    连续小推力条件下星座轨道机动方法研究
    杨盛庆, 王禹, 王丹娜, 林荣峰, 杜耀珂, 钟超
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 69-77.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0047
    摘要286)      PDF(pc) (4819KB)(139)   
    基于连续小推力条件下星座轨道机动的动力学特性分析,研究了其入轨的布局置入和离轨机动方法。地球轨道上的大型星座数量巨大,传统的轨迹优化方法较难应用。针对多星入轨的星座布局置入任务,求解了分时序抬轨的相位调整问题,并在轨道抬升过程中,利用轨道倾角偏置补偿升交点赤经漂移。针对星座中卫星的离轨任务,设计了半长轴和偏心率的联合调整方法。在保证卫星快速离轨的同时,能够有效减少燃料的消耗。考虑到连续小推力机动的弧段效应,控制策略需要围绕控制效应的曲线积分进行优化。
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    基于宽带调制信号的无源互调测试研究
    李砚平, 黄浩, 贺捷
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 13-18.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0027
    录用日期: 2020-02-17

    摘要267)      PDF(pc) (1204KB)(160)   
    随着收发共用和数字调制技术(如BPSK、QPSK)在卫星通信中大量使用,原有的连续波(continous wave,CW)无源互调(passive intermodulation,PIM)测试系统存在验证不充分的问题。设计了宽带调制信号PIM测试方法改进了原有的测试系统,通过采用通道功率测试PIM,测试研究结果表明BPSK、QPSK数字调制无源互调量值均高于连续载波信号2~9dB,考虑到卫星运行可靠性,采用数字调制宽带工作模式改进原有测试系统后更接近实际工作方式,提高了地面验证可靠性。
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    基于策略的遥感卫星管控方法研究
    许宇栋, 郝继刚, 刘伯阳
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 97-106.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0050
    摘要267)      PDF(pc) (5263KB)(147)   
    针对遥感卫星管理控制中业务应用与底层调度紧耦合导致的操作复杂、人工干预多等问题,提出一种基于策略的遥感卫星管控方法。在搭建策略管控模型的基础上,采用分层控制闭环结构,构建卫星控制闭环;提出卫星集群分域管理方法,并设置策略部署机制;详细论述了基于策略的遥感卫星管控实现方法;以海上失联舰船搜救任务为典型案例进行仿真,验证该方法可以完成异构卫星集群基于事件驱动的闭环控制。基于策略的管理方法能够有效降低遥感卫星管控业务的复杂度,实现遥感卫星集群的自动控制。
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    三维规则形貌影响下的二次电子发射特性研究
    张娜, 崔万照, 曹猛, 王瑞, 胡天存
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 1-7.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0025
    录用日期: 2020-03-04

    摘要253)      PDF(pc) (3603KB)(138)   
    通过人工加工出特定的表面形貌来调控材料的二次电子发射特性已在诸多领域得到应用。规则表面形貌易于揭示抑制规律和影响机制对二次电子发射特性的影响,同时采用光刻、等离子刻蚀等工艺可以较好地实现特定设计的规则形貌,因此,在抑制微放电的研究初期或原理性试验验证过程中多采用定制的规则表面形貌。基于提出的电子与表面形貌相互作用的多代模型,以三维圆柱孔为例,采用蒙特卡罗方法系统研究了三维规则表面形貌的深宽比、占空比等参量影响二次电子产额、二次电子能谱以及出射角分布的规律。研究发现:规则形貌的深宽比越大,能谱展宽越强烈,形貌对出射角的选择性越强,二次电子产额的抑制效果越好,但该抑制效果存在饱和效应。在形貌不发生交叠时,增加占空比,可有效降低二次电子产额,由于圆柱孔出射电子占比较少,二次电子能谱与出射角分布接近于平面。所获得的三维规则表面形貌的二次电子发射特性对于全面评估其对微放电效应的影响提供了参考。
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    卫星通信全代理同态可信传输机制研究
    丁毅, 沈薇, 李洁, 程子敬, 靳军, 孙伽宁
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 84-96.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0049
    摘要246)      PDF(pc) (6604KB)(105)   
    卫星通信及应用已经成为当前社会生活的重要组成部分。为了解决卫星通信数据安全传输、信息隐私保护、接收端信息依赖等问题,基于低轨卫星气象数据传输的典型应用场景,提出了一套全代理同态加密传输模型(FPRM),并依据卫星通信系统架构将其实例化,从而设计卫星通信全代理同态可信传输系统与运行机制。该机制增加系统的通信安全和隐私保护,实现密文的可计算和传输全代理,有效融合卫星、商业数据中心以及互联网资源,降低运行成本,提高资源利用率,具有重要的实际意义和应用价值。最后,通过试验证明该模型的性能和数据扩展性具有可行性。
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    一种IGSO卫星轨道维持时的偏航角调整策略
    崔振, 季业, 刘伟杰, 王春元, 冯佳佳
    中国空间科学技术    2020, 40 (4): 107-112.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0051
    摘要244)      PDF(pc) (2318KB)(108)   
    针对倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道维持问题,提出了在轨卫星在各种不同工况及约束下的偏航角调整策略。其目的在于减小偏航角的调整范围以及缩短偏航角调整时间,减小轨道维持过程对卫星业务连续性的影响。分析了偏航角的运动规律,以及升交点赤经对偏航角的影响。在此基础上,根据轨道维持时升交点赤经的不同、太阳高度角范围、轨道控制的时间约束、交叉点位置约束等不同情况,分别给出了卫星轨道维持时偏航角的调整方法及推力器选择方案。对于交叉点位置在中国境内的卫星,可以使偏航角调整范围不超过45°。此方法可应用于在轨卫星轨道维持管理的实践中。
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    星载L波段宽带低噪声放大器芯片设计
    赵博超, 徐辉, 殷盼, 贺娟, 张大为, 徐鑫
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 19-24.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0028
    录用日期: 2020-03-04

    摘要243)      PDF(pc) (4040KB)(162)   
    基于0.25μm 砷化镓赝品高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,设计了一款应用于星载微波接收机的L波段单片微波集成电路(MMIC)低噪声放大器(LNA)。该低噪声放大器采用电流复用拓扑结构,降低了芯片的工作电流,节省了宝贵的卫星能量资源;通过两级负反馈方式优化了器件的稳定性和增益平坦度,提高了卫星通信质量;恒流源的偏置结构使得工作电流随工艺波动较小,芯片维持在稳定的工作状态下。测试结果表明:该放大器工作电流为35mA,在频率范围0.9~1.8GHz内,增益大于33dB,噪声系数小于0.6dB,增益平坦度小于0.5dB;芯片尺寸为2.0mm×1.3mm,满足航天产品的高性能小型化应用需求。
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    变结构航天器模糊神经网络滑模控制器设计
    王冉, 周志成, 曲广吉, 陈余军
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 56-63.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0032
    录用日期: 2020-03-15

    摘要232)      PDF(pc) (3275KB)(172)   
    变结构航天器是目前航天领域的重要发展方向,航天器结构的变化将导致质量分布发生明显变化,这对航天器动力学建模和控制器设计都提出新的问题。针对这种情况,采用混合坐标法和拉格朗日方程建立了航天器刚柔耦合动力学模型,利用几种典型工况的参数近似得到变结构过程中动力学参数的变化规律。设计滑模控制器对航天器变结构过程进行姿态控制,为提高滑模控制器的适应性,设计模糊神经网络(FNN)自适应调节滑模控制器参数,并利用径向基函数(RBF)神经网络逼近动力学模型,得到控制力矩与姿态变化之间的近似关系,用于FNN的优化。通过仿真得到航天器变结构期间无控、滑模控制和模糊神经网络滑模控制的姿态变化,仿真结果对比验证了模糊神经网络滑模控制对于滑模控制的优势,证明了其在变结构航天器姿态控制方面的有效性。
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    面向空间天线的TWF复合材料性能研究
    李怡晨, 宋燕平, 胡飞
    中国空间科学技术    2020, 40 (3): 25-35.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000.758X.2020.0029
    录用日期: 2020-03-05

    摘要229)      PDF(pc) (6291KB)(96)   
    利用碳纤维三向编织物(triaxial woven fabric,TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,用于卫星天线反射器,是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法,对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性;接下来考虑纤维束交织情况(起伏波动)建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型;然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析,施加周期性边界条件,最终得到等效的均质材料特性;为满足天线反射器高性能需求,分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究,可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。
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