In this paper, a system design method based on intra-pulse multiple frequency sub-pulse (MFSP) is proposed for a medium earth orbit (MEO) high resolution wide range (HRWS) synthetic aperture radar (SAR) system. The method adopts the azimuth multi-channel and pitch multiple frequency/multi-beam system for 2-D deblurring, and, from the point of view of data processing, the system is further optimized to reduce the burden of storage and processing. On this basis, a complete system design scheme is proposed from the three aspects of orbit design, architecture design and parameter design. Finally, the effectiveness of the proposed method is proved by comparative analysis and simulation.
随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施,航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务.为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率,需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证.航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程,涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容.以航天员舱外维护空间机械臂为背景,建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统,验证航天员可达性及维修过程可操作性分析,评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性,为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据.
针对梦天实验舱支持货物自动进出舱和科学载荷试验的任务需求,以及大质量、大尺寸的构型特点,结合天宫空间站双自由度对日定向的整体构型要求,从总体构型和布局2个方面,梳理梦天实验舱的设计约束、设计理念和技术实现途径,介绍梦天实验舱的构型与布局设计状态.通过仿真分析、试验模拟、在轨飞行等验证手段,验证设计效果,分析、总结梦天实验舱总体构型及布局特点,可为同类航天器的总体设计提供借鉴作用.
针对空间站实验舱α对日定向装置活动部件润滑方案,研究了MoS2 基润滑润滑膜、PM6润滑润滑膜和Au-TiN润滑膜摩擦学特性,并通过原子氧侵蚀试验验证MoS2 基润滑膜耐受空间环境原子氧的性能.开展固体润滑膜涂覆真空润滑油脂的摩擦验证试验,探究固液混合下固体润滑膜的物理特性.采用等效真实产品状态寿命件,完成润滑膜真空寿命试验,验证长寿命润滑技术,对后续长寿命航天器的设计具有指导和借鉴意义.
空间热辐射器担负着航天器内部多余热量向外太空排散的任务,是航天器热控系统的关键设备,尤其是载人航天器,辐射器需要满足长寿命、高可靠度、高稳定性的要求,目前已发射的载人航天器均采用流体回路辐射器.对中国空间站流体回路/热管耦合式辐射器进行试验研究,得出辐射器散热性能的变化规律.首先论述试验方案和试验过程,并给出试验结果数据;然后通过对试验数据分析,得出辐射器传热热阻,以及散热能力随流体回路参数及外热流参数的变化规律;最后基于试验数据,完善辐射器仿真分析模型,并与试验典型工况进行对比分析,实现仿真模型与试验数据的良好吻合,仿真模型可用于辐射器在轨工作性能预示分析.实验分析结果对航天器空间辐射器设计具有一定的参考意义,可为航天器整舱热平衡试验方案及辐射器在轨工作状态设置提供数据支持.
柔性太阳电池翼国内首次在中国空间站成功应用,是空间站系统最复杂、难度最大的机电产品之一,而约束释放机构作为柔性太阳电池翼系统的关键构成,用于实现太阳翼上升段压紧保护和在轨段解锁释放,其成败直接影响航天器任务成败.基于任务需求,本文介绍了柔性电池翼约束释放机构的构成、工作原理、详细设计以及仿真验证和在轨应用情况,分析其技术特点及关键技术.地面验证及在轨飞行试验验证了约束释放机构设计的正确性与合理性,为我国航天器多点大面积可重复压紧及解锁方面提供了一种新颖且可靠的解决方案.
随着航天器功能的越发复杂和软件规模的提高,航天领域常用操作系统存在驱动、第三方库资源不够丰富等问题.Linux系统具有稳定、开源、支持丰富等特点,被广泛应用于高可靠领域,因此有望满足航天领域复杂应用下操作系统的需求.但Linux系统代码量庞大,在航天领域软件工程化和可靠性保证工作方面开展困难.结合航天工程应用实际,提出并实践了按商用和自研,分别对Linux系统软件进行质量保证的工程化方法,为航天用操作系统相关产品的研制提供工程化思路.
空间站密封舱内的气流分布对航天员长期在轨的安全性和舒适性有着十分重要的影响,为保证密封舱内空气扰动充分,通常都采用顶部送风,底部回风的方式.针对梦天舱航天员活动区通风流场问题,通过流场试验与仿真相结合的方法对区域内气流组织进行分析,采用舒适速度比例、吹风感作为指标进行评价.结果表明:试验数据与仿真数据偏差在±15%以内,整个舱内空间风速统计学偏差在±5%以内,模型有效.梦天舱航天员活动区舒适速度比例高达92.15%,吹风感指数均小于40,满足人员安全性和舒适性的要求,可作为后续载人航天器通风设计、试验、仿真的借鉴.
针对天宫空间站梦天载荷舱提出了采用一种含大开口的半硬壳铆接结构,实现了结构承载、载荷进出舱及载荷试验平台一体化设计.采用数值仿真的方法,考虑主动段飞行及地面整器起吊载荷等因素的影响,进行了结构强度迭代分析,识别结构的潜在薄弱环节,并开展针对性的局部结构验证试验.最后,设计并建立大开口结构的全工况静力试验平台,开展载荷舱整舱静力试验.数值计算与试验所得结果吻合较好,验证了载荷舱大开口结构设计的正确性.载荷舱结构的设计方法及验证思路可为其他飞行器结构提供参考.
多支路并联流体回路热控技术在载人航天器上获得了广泛应用.外热流、重力场和管路阻力特性等因素会影响流阻,进而影响流量分配和散热能力,这可能会造成工质冻结并引起回路失效,威胁航天器安全,因此亟需针对影响流量分配因素开展分析.基于梦天实验舱6条并联流体回路建立简化模型,分别研究外热流、重力场和管路阻力特性对流量分配的影响,发现辐射散热带来的工质物性变化会导致各支路流量分配不均,外热流变化带来的回路散热量增加,以及重力场存在会加剧流量分配不均匀性.另外,回路在设计和运行时都要避免工质温度进入黏度剧烈变化区域,否则各支路流量容易受外部环境变化影响而发生较大波动.
为解决空间站在不同的构型及飞行姿态下,因太阳入射角变化大引起的太阳电池翼难以对日定向的难题,提出分体组合式双自由度对日定向系统构型.研究空间站构型及飞行姿态,确定采用A轴与B轴2个轴独立运转、单独控制的对日定向方式,2个轴通过桁架结构实现正交连接.在梦天实验舱单舱飞行时,A轴不动,B轴根据轨道周期跟踪太阳,通过飞行器姿态调整补偿太阳入射角的变化.组合体飞行时,B轴补偿太阳高度角,A轴根据轨道周期带动B轴与太阳电池翼共同跟踪太阳,实现双自由度对日定向.在轨飞行结果表明:在不同的舱段构型及飞行姿态下,功率通道输出功率波动幅度由60%减小到7%,分体组合式双自由度对日定向系统构型能够适应空间站复杂的飞行工况.
针对因空间站大型对日定向装置传动末端齿轮副尺寸大导致的中心距偏移及倾斜偏差问题,提出具有中心距可分性的新型渐开弧面齿轮,具备中心距补偿能力,有效解决末端齿轮传动中心距偏差问题;依据对末端传动指标要求及约束条件,采用渐开弧面齿轮传动技术对齿轮副进行设计、强度校核及仿真分析;设计并开展等比例方案下多套产品研制及多轮次齿轮副寿命试验研究工作,测试传动效率并观察齿轮齿面状态,以验证新型齿轮传动的中心距补偿能力及可行性.研究内容为大型传动机构齿轮副方案设计奠定基础,并为新型渐开弧面齿轮的研制提供参考.
根据大型对日定向装置的结构特点和受力特性,调整传力结构,充分利用纤维增强复合材料结构的可设计性,开展优化设计.在保证高刚度和轻量化的同时,克服结构大开口带来的承载能力不足,设计出结构质量与承载比仅为5.2%,集舱段和壳体功能于一体的大型对日定向装置复合材料主承力架结构.建立有限元模型,分别采用Tsai-Wu和最大应变2种纤维增强复合材料的强度失效准则,对其进行校核.开展静力试验,采集应变等信息,与有限元仿真分析结果展开对比.结果表明:其整体趋势一致,顺利通过试验考核.
作为空间站主要舱段之一,梦天实验舱主要为各类舱内外载荷的在轨试验提供支持,具有特有的载荷货物进出舱支持和微小飞行器在轨释放支持能力,可全面提升空间站的综合应用效益.梦天实验舱2022年10月31日入轨,入轨后完成了初始状态设置、在轨测试和多次货物进出舱任务,各项功能正常,各项指标均满足要求.回顾梦天实验舱研制历程,概述梦天实验舱总体方案,总结其主要技术特点及创新点,介绍在轨测试及运行情况.
为了掌握空间站多机机组发动机点火工作温度特性,对150 N发动机双机机组开展高空模拟热试车,研究单个分机点火、双机同时点火以及机组机架包覆热控组件对发动机工作的影响.试验结果表明:单个分机长时间点火导致不点火分机的氧化剂、燃料路电磁阀温度近似线性上升,平均最大温升速率分别为 0.033℃/s和0.047℃/s.双机同时点火时,中心轴线间距180 mm的燃烧室喉部温度不会受到相邻分机点火的影响;氧化剂路电磁阀温度基本保持不变,斜向安装的燃料路电磁阀受相邻分机热烘烤产生的温升速率为0.018℃/s,占总温升速率的比例约35%.双机机组上单个分机长时间点火会对不点火分机头部法兰和电磁阀持续产生热烘烤作用,机组机架包覆热控组件后可以有效降低烘烤的影响.
初始轨道是航天器入轨评价的关键判据,快速准确计算初始轨道可在入轨异常时为应急救生控制赢得时间.针对传统初始轨道计算方法时间与精度不能兼顾的问题,设计了初始轨道快速计算策略,根据运载火箭加速度变化率来判断舱箭分离时间,采用基于动力学约束的实时轨道滑动批处理方法累积超短弧分离后数据计算初始轨道,对利用各种数据源确定的多组初始轨道进行逻辑优选判断.通过梦天试验舱仿真数据验证表明:使用该策略计算初始轨道,可达到事后精密定轨同等精度,计算时间控制在1 min以内,时效性远超事后精密轨道确定方法.
受运载工具运载能力的限制,大型空间站须在太空对接组装.对接与转位机构在空间站组建过程中具有关键作用,用于实验舱与核心舱的对接及转位,实现空间站实验舱的组装.空间站实验舱对接与转位机构分系统是实施对接与转位任务的主动端,为复杂的空间机电热一体化机构产品,在正常模式下,由主动端实施分系统所有动作.在研制过程中,分系统充分论证系统方案,集中攻克关键技术,充分试验产品样机,并先后在轨圆满完成了实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ的对接与转位任务.论述空间站实验舱对接与转位机构分系统的研制技术,对后续空间机构产品研制具有启示作用.
空间站时代为测控(TT&C)通信系统带来保障时间更长、覆盖要求更高、数据传输能力更强、航天员在轨工作生活体验更好等新的挑战,结合中继卫星系统(TDRSS)、卫星导航系统等天基测控通信手段的能力特点,提出以天基手段为主的解决方案,采用多星多舱段接力模式,将航天员出舱等重大活动的测控通信覆盖率提升至接近100%,采用多星多目标工作模式,较好地保障各种交会对接模式,综合利用中继卫星S频段多址(SMA)链路连续业务、短报文业务和北斗短报文业务常态化保障空间站安全运行,应用天地一体网络化技术,为航天员在轨上网、天地通信和载荷实验数据传输提供优质服务.
鉴于氧浓度传感器、氧化锆传感器本身的特性,处于寿命末期的传感器在测量时,会出现精度误差及漂移特性.为减小传感器漂移影响,基于多传感器数据融合技术,选择稳定性及一致性较好的传感器测量值作为自动标定基准值,并在这一基础上,改单点k值标定方法为多点k值标定方法.验证结果显示:当电压值漂移量达到0.1 V时,常规标定方法氧分压漂移量将超过2 kPa,漂移量不超过0.5 kPa.因此,该标定方法增加了氧传感器漂移的适应范围,降低了测量误差,减少了标定的频次.
空间站研制过程中,获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义,整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目.针对空间站梦天实验舱整器动力学问题,通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型,分析接触状态下刚度随外力的变化关系,分别计算拉压特性下的刚度量级,并采用子结构综合方法,依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性.结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧,结合子结构综合预示方法,梦天整器动力学特性的预示具有较高精度.通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示,只需进行舱段级模态试验,节省了研制经费、缩短了研制周期,可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导.
