航天器工程

研究与设计

  • 陆地生态系统碳监测卫星自主任务规划研究

    黄缙;蒋昱;莫凡;张莎莎;姚鑫雨;张新伟;刘洁;周剑敏;刘益铭;张少雄;

    低轨遥感卫星往往以全球或全国范围内的特定地物为探测目标。为提高卫星在轨运行的自主性,文章提出了一种面向地物目标属性的遥感卫星自主任务规划方法。首先外推出预报点90 min后的星下点经纬度,并根据星载地图和太阳高度角,得到预报点的阳照/阴影、陆地/海洋、境内/境外属性。对地物目标属性信息进行平滑处理后,根据各载荷的地物目标属性,识别出各载荷的工作任务时间段,可实时实现提前约1个轨道圈的载荷自主任务规划。

    2024年02期 v.33;No.165 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 838K]
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  • 应用改进遗传算法的低轨星座部署策略优化方法

    马林;刘玥;侯祥震;常新亚;王淼;

    考虑发射场任务间隔时间约束,提出应用改进遗传算法的低轨星座部署策略优化方法。对近地圆轨道星座部署过程进行动力学建模,给出了部署窗口与入轨点相位差的关系,以及入轨后相位调整的代价分析。将星座部署位置组合进行参数化,加上各颗卫星部署日期间隔作为优化变量,使得在大范围日期区间内的搜索问题简化为有限维度的整数规划问题。引入改进遗传算法进行局部搜索,进而对部署策略进行寻优计算。以9颗卫星的Walker星座部署任务为例,对优化方法进行验证。结果表明:优化方法相对穷举搜索法的计算量有约7个数量级的降低,且能够用50代以内的演化计算快速得到满足发射间隔约束条件且兼顾部署总时间和相位转移量的最优解。

    2024年02期 v.33;No.165 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 699K]
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  • 低轨星座卫星快速开发与验证方案设计

    刘敏;范为;裴胜伟;李峰;

    针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口、星上软件等进行迭代验证。通过试验星研制,对低轨星座卫星功能性能全面验证,确定星座卫星基线。该方案经多颗卫星实施验证,有效提高了低轨星座卫星验证效率。

    2024年02期 v.33;No.165 16-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 271K]
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  • 多源遥感卫星地面调度系统设计与实现

    王冠珠;万伟;张棋帅;钟慧敏;王启为;黄涛;白晨;

    针对卫星地面调度处理系统进行研究与设计,着重关注工作流、线程池和Redis缓存等关键技术。首先,对工作流的分析和建模以提高系统任务的执行效率和资源利用率。其次,引入线程池技术来管理和调度系统中的线程资源,实现任务的并发执行和负载均衡,提高系统的吞吐量和响应速度。最后,利用Redis缓存作为系统的缓存和Kafka消息队列,优化数据存取和通信效率,提供更高的性能和可靠性。整体通过SpringBoot框架进行实验和性能评估,验证了该系统在任务处理能力、资源利用率和数据访问效率等方面的优势。本研究对于提高卫星地面调度处理系统的效率和性能具有一定的实践意义和推广价值。

    2024年02期 v.33;No.165 21-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 300K]
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  • 载人航天器可更换舱外载荷接口通用设计与应用

    刘彦伟;赵振昊;

    为了充分利用空间暴露资源,载人航天器往往设计支持少量或大规模暴露试验的开展,暴露试验项目包括专用舱外载荷和可更换舱外载荷。载人航天器可更换舱外载荷是在航天员或机械臂照料下通过舱外载荷接口设备实现在轨安装和更换。针对不同可更换舱外载荷的接口需求不尽相同、不同载人航天器之间或同一载人航天器不同舱段之间的舱外载荷接口设备不同、载人航天器暴露试验平台在地面阶段无法与全部可更换舱外载荷进行接口匹配等技术难点,文章提出一种载人航天器可更换舱外载荷接口模块化、标准化的通用设计方法。舱外载荷接口按照安装接口、供电接口、信息接口、热接口等功能分类进行模块化设计,各功能模块相互独立;各功能模块对外接口采用标准化设计,同一类型接口的形式及定义均相同。经过在轨飞行应用,表明载人航天器可更换舱外载荷接口通用设计方法可行、正确,为载人航天器滚动开展较大规模的空间科学实验与技术试验提供了有力支撑。

    2024年02期 v.33;No.165 27-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 367K]
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  • 小卫星太阳翼铰链对挠性动力学方程耦合系数的影响

    高鸽;刘雪峰;魏峰;王天罡;

    针对小卫星太阳翼机械系统产品选型时,展开机构的铰链类型、铰链刚度对卫星挠性太阳翼系统动力学方程中耦合系数影响规律不明确的情况,文章首先建立带挠性太阳翼的振动方程,给出使用动力学方程中的参量计算附件平动、转动耦合系数的公式;然后,基于小卫星常用的两种铰链类型以及铰链不同刚度,采用有限元法,对比相同卫星构型下铰链对太阳翼展开模态的影响;并获取相应的太阳翼振型、质量与质量元位置参数;最后,以某小卫星太阳翼为例,基于动力学方程中的耦合系数计算方法,采用输出参量与数据处理软件相结合方式,开展了不同铰链对耦合系数和铰链选型的影响分析。结果表明:文章分析的不同铰链、刚度的太阳翼结构参数以及耦合系数变化规律,对于铰链的设计和选型具有理论参考价值。

    2024年02期 v.33;No.165 33-40页 [查看摘要][在线阅读][下载 728K]
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  • 航天器蜂窝夹层结构板制造工艺可靠性研究

    李莺歌;田栋;曾笑;夏维娜;张璇;陈佳;

    针对航天器蜂窝夹层结构板的制造效率、形位精度、胶接强度和预埋件拉脱力等可靠性要求,根据其制造工艺特点,通过建立基于制造工艺流程的串联模型、基于制造工艺单元的顺序关联模型、基于制造工艺参数的网状关联模型和考虑检验工序的功能关联模型4种典型的制造工艺可靠性模型,明确工艺设计的控制内容及工艺改进方向和要求。通过常见故障模式和原因分析,进一步验证可靠性模型的分析结果,明确制造工艺改进措施。在实际生产应用中,通过零件定型,优化制造工艺流程和减少串行制造工艺单元;通过优化工艺参数、固化工艺状态、应用自动化智能工艺装备,减小制造偏差,提高产品可靠性和生产效率。

    2024年02期 v.33;No.165 41-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 608K]
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  • 航天器用钾热管传热性能的敏感性分析和优化

    韩冶;张亚坤;柴宝华;王泽鸣;牟玉鹏;刘剑术;姚良;李小斌;李凤臣;

    碱金属热管在空间核电源系统中具有重要应用,是航天器辐射散热器的重要组件。文章研究钾热管对充液率、吸液芯层数、吸液芯丝网目数及热负载功率的敏感性,并对上述多参数耦合下钾热管传热性能进行优化。分析结果表明:钾热管温差随充液率和吸液芯丝网目数的增加而降低,随吸液芯层数和热负载功率的增加而升高,且钾热管的整体温度和蒸气流速随热负载功率的增加分别升高和降低。钾热管性能对吸液芯层数和热负载功率敏感,优化得到最优参数组合为充液率1.0时7层350目吸液芯和712.475 W的热负载功率。文章采用的分析和优化方法对热管式辐射散热器的工程应用设计具有工程参考价值。

    2024年02期 v.33;No.165 48-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 720K]
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  • 海洋卫星星地链路时间窗口快速计算方法

    刁宁辉;吴奎桥;车志胜;郭振宇;

    针对现有计算海洋卫星星地链路时间窗口方法存在的计算效率低或结果精度低的问题,文章提出了一种基于轨道过滤的星地链路时间窗口快速计算方法。该方法通过快速过滤掉任务周期内不可能进入地面对卫星可视范围的轨道弧段,来计算剩余弧段的星地链路时间窗口。在保证高精度计算结果的同时,避免了冗余计算,提升了计算效率。经专业仿真软件验证,结果表明:该方法的星地链路时间窗口计算精度为毫秒量级,计算效率提高了99.4%,可以有效解决传统方法计算效率和结果精度无法兼顾的问题,可应用于数传资源调度和任务规划等航天任务中。

    2024年02期 v.33;No.165 55-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 531K]
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  • 基于SOIS架构的星载设备虚拟访问设计

    李许诺;吕良庆;赵勋峰;张雅娟;张峻巍;

    为了更好地解决航天器设备间互操作难、软件通用性弱等问题,文章对空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的航天器星载接口业务(SOIS)架构中,基于标准业务和电子数据单(EDS)的星载数据系统架构进行了分析,提出了以标准业务和EDS的融合方式开展设备虚拟访问的设计方法。对设备发现、设备枚举、设备访问、设备虚拟、数据池以及访问管理业务及其相关原语进行了实例化设计,结合1553B总线为实现即插即用而设计的EDS,开展了初步的测试验证,证明了其可行性。文章提出的星载设备虚拟访问融合方式可为标准业务及其相关的电子数据单设计提供参考,有助于系统快速集成、软硬部件的重用。

    2024年02期 v.33;No.165 62-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 713K]
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  • 多波束波导的欧拉角转正研究

    王东;黄涛;任健;曲希亭;李成;

    多波束波导设计受布局空间、卫星总装及美观整齐等因素约束大,一般为多层多列排布形式,走向与卫星舱板平行,多波束天线作为多波束波导起始端口,通常与卫星舱板存在多个角度,波导端口转正,成为波导布局工作的难题。文章在平面旋转和三维旋转原理的基础上,提出用欧拉角描述多波束波导端口转正问题,采用欧拉角内旋定义波导端口转正过程,找到了一种旋转顺序,即沿ZYX轴顺序旋转,将偏航角、俯仰角和横摆角对应为特定角度的弯波导和扭波导。波导根据既定顺序连接后,波导输出端口与舱板为平行关系,解决了多波束波导端口转正问题,为多波束波导的设计奠定了基础。该方法的正确性在高通量卫星上得到了验证,对采用多波束方案的高通量卫星的波导布局工作具有参考价值。

    2024年02期 v.33;No.165 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 480K]
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  • 基于VAE-DRSN的微纳卫星推力器故障诊断方法

    朱劲锟;郑侃;梁振华;唐嘉程;

    针对微纳卫星推力器故障诊断问题,提出了一种基于变分自编码器-深度残差收缩网络(VAE-DRSN)的数据驱动推进系统故障诊断方法。该方法采用变分自编码器对姿态数据与控制器输出进行特征提取,通过深度残差收缩神经网络对提取的特征进行特征分类,可以高精度地在线检测、诊断和定位推力器的卡开、卡关及效率降低故障,无需卫星推力器模型及动力学模型,且无需单独配备硬件测量机构。经数值仿真验证,结果表明:该方法对于单喷口故障检测正确率可达99%以上,具有良好推力器故障定位及诊断能力。

    2024年02期 v.33;No.165 76-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 654K]
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  • ECRIT等离子体特性数值模拟分析

    贺亚强;耿海;吴先明;王紫桐;孙新锋;吴辰宸;蒲彦旭;

    针对航天器推进系统电子回旋共振离子推力器(ECRIT)电离效率易受放电室结构参数和工作参数影响,主要技术参数之间存在耦合不能单独优化的问题,文章采用多物理场仿真软件开展数值模拟,利用自适应函数细化电子回旋共振(ECR)区网格法提高仿真精度,探究不同磁路结构参数、工质气体、天线构型、微波功率对ECR推力器性能的影响规律,使电子在ECR区能够获得最大能量,经部分试验验证(微波输入功率和工质气体对放电影响),结果表明:磁环间距、内磁环-波导小端面距离和磁体高度对ECR区的分布影响较大,磁体宽度的影响较小;氙气的电子数密度高于氩气;L型天线电子密度和功率沉积高于杆天线;电子数密度和碰撞功率损耗随着入射微波功率增大而增大,可为ECR推力器设计提供参考。

    2024年02期 v.33;No.165 84-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2099K]
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发展与综述

  • 地月空间全球治理规则框架构成要素研究

    杜辉;杨文奕;高思成;王冀莲;

    地月空间全球治理规则框架是构建地月空间治理规则体系的顶层指导,是争夺地月空间治理规则制定主导权的“先手棋”和关键所在,其构成要素研究具有重要意义。对政府间国际组织、重大国际合作项目、机构间和非政府3类不同平台的地月空间治理规则制定现状进行了综述,对《月球协定》《阿尔忒弥斯协定》等6个相关规则框架构成要素进行了研究,提出了涵盖4项基本原则和9类具体规则的地月空间全球治理规则框架构成要素,并给出了后续工作建议。

    2024年02期 v.33;No.165 95-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 320K]
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  • 美国地月空间安全研究进展综述

    张蕊;何慧东;朱贵伟;

    随着地月空间的探索和利用活动越来越频繁,维护地月空间安全、构建覆盖地月空间的能力建设越来越重要。文章调研美国地月空间安全发展总体情况,分析其维护地月空间安全的重点举措,包括加强军民合作、制定战略规划、推进能力部署等;总结神谕(Oracle)、敏捷地月空间飞行火箭验证(DRACO)等美国地月空间安全重点项目发展情况,涉及太空态势感知、空间推进等领域;分析地月空间安全在顶层布局、构建态势感知架构、融合发展等方面的发展特点,得出加强地月空间可持续发展顶层谋划、提前布局研究地月空间安全核心技术等启示建议,可为后续地月空间长期可持续发展提供相关参考。

    2024年02期 v.33;No.165 103-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 292K]
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  • 小功率霍尔推力器研究现状及展望

    一鸣;孙斌;孙建冬;韩道满;刘旭辉;

    为了有效应对深空探测任务的复杂要求,尤其是在引力波检测等具有挑战性的任务中,迫切需要对现有的霍尔推力器技术进行小型化和小功率化(功率范围25~500W)改进。目前,国内外关于小功率霍尔推力器的研究已取得一定进展,但仍面临许多技术难题和挑战。通过对现有文献和研究成果的综合调研,深入分析了环形霍尔推力器、会切场霍尔推力器、圆柱形霍尔推力器、永磁体霍尔推力器和无通道霍尔推力器等五种主要类型的小功率霍尔推力器。这些推力器在小功率化过程中,均面临着效率不够高、寿命不够长和可靠性不够强等技术难点。鉴于此,文章分析了这些技术挑战,并基于当前的技术瓶颈,提出了几种可行的研究方向和优化策略,旨在推动小功率霍尔推力器技术的进一步发展,以更好地服务于未来的深空探测任务,期望通过这些研究,为霍尔推力器技术的未来发展提供参考和发展建议。

    2024年02期 v.33;No.165 110-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 534K]
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管理与实践

  • 深空探测器研制风险产品保证策划与实施

    褚永辉;饶炜;李振才;董捷;刘国强;

    深空探测任务主要面临的研制风险包括技术跨度大,环境要素新,新技术储备不足,关键不可逆环节多,对设计正确和自主功能要求高,研制试验复杂且难以验证,研制周期紧张导致多线并行。针对以上难点和风险点,以火星探测任务为例,开展了具有火星任务特点的产品保证策划与实施,全周期遵循“五个坚持”的总体思路,通过发挥总体作用,加强技术风险识别和管控,强化产品过程控制,严格试验验证和统筹资源保障等,确保了我国首次火星探测任务圆满成功。

    2024年02期 v.33;No.165 120-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 217K]
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测试与试验

  • 应用动态感知的卫星分布式集群管理平台设计与实现

    高曌;高杨;高梓贺;陶滢;

    卫星互联网环境中存在卫星节点资源受限、链路拓扑高动态变化和网络传输高时延等问题。针对上述问题导致的卫星节点资源利用率低、系统服务响应能力较弱、负载不均衡,提出利用容器编排技术整合卫星节点资源的卫星分布式集群管理平台构建方案。其中,重点针对Kubernetes默认资源编排调度策略无法适用于卫星互联网复杂链路环境的问题,设计一种应用动态感知的卫星分布式集群资源调度方法,通过分布式集群资源状态实时感知模块,采集卫星节点CPU、内存、磁盘及网络资源的负载情况作为评价指标,完成卫星互联网环境下不同应用Pod资源对象的优化调度。仿真结果表明:应用动态感知调度方法构建的卫星分布式集群管理平台,可以实现卫星网络环境下系统资源的合理调度,提升系统负载均衡能力,进而保证系统服务的快速响应。

    2024年02期 v.33;No.165 125-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 862K]
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  • 基于数字卫星的仿真系统设计与应用

    程怡明;孙百冕;李永强;刘绍楠;

    针对卫星数字化仿真加速比和通用性不足的问题,文章提出了基于数字卫星仿真系统的“低耦合、高兼容”设计方法。在仿真系统总体架构下,对数字卫星子系统中的内外接口、虚拟总线模块、星上单机仿真策略和数字场景子系统中轨道仿真模块、信道仿真模块、目标仿真模块的功能进行分析与设计。经该方法下开发的数字卫星仿真系统的测试验证,结果表明:该系统具备不小于30倍速的加速仿真能力并支持多星协同仿真,可为后续卫星数字化仿真系统的设计提供参考。

    2024年02期 v.33;No.165 133-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 551K]
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  • 航天器热辐射器MMOD击穿泄漏特性分析及验证

    黄磊;杨敏;车邦祥;王岩;李振宇;

    针对空间站等长寿命载人航天器热辐射器在舱外受微流星体和空间碎片(MMOD)击穿后工质泄漏导致的热控系统失效风险问题,文章对热辐射器被击穿后漏孔的泄漏特性进行了分析,建立了数学计算模型,计算得到了漏孔孔径与泄漏容积速率关系。通过试验,验证了数学模型的准确性,结果表明:当泄漏孔径≤3 mm时,泄漏数学模型能够很好的预测泄漏的速率、压力等特性。可以为应用流体回路热辐射器进行热量排散的低轨航天器设计提供参考。

    2024年02期 v.33;No.165 139-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 467K]
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