大型航天器动力学试验验证技术进展

航天器在发射过程要经受严酷的动力学环境,为保证航天器发射和在轨运行的可靠性,必须在地面开展相关的动力学环境试验验证.以我国空间站为代表的大型航天器与以往的卫星产品相比,尺寸和质量大幅增加,原有的试验方法及试验设备不能满足地面力学试验验证的需求,如何开展地面力学试验并保证其有效性等问题是亟需解决的关键技术.本文介绍了我国飞船、空间站等大型航天器动力学试验验证技术的发展成果,包括动力学试验方法、振动试验静载补偿技术,分析了分段试验技术的可行性,以及大型力学试验设备研制的可行性和技术难点等,并对未来大型航天器地面力学试验验证技术的发展进行展望.     

空间环境对细胞基因表达的影响

空间环境不同于地球表面的任何环境,它强烈的空间辐射、高真空、微磁场以及航天器中的微重力等特殊环境对生物的影响都是人们目前正在探索的领域。空间辐射、微重力通过多种途径影响细胞的基因表达。对空间环境影响肿瘤细胞生物学性状发生改变机制的探讨有助于更深刻地认识肿瘤的发生发展,为攻克肿瘤提供新的思路和方法。     

空间环境对离体动物细胞的影响

空间环境是指远离地球表面的宇宙环境,它与地球表面环境有所不同,处于其中的动物细胞可能受到各种影响。空间环境中的主要因素包括空间辐射、极端温度、高真空、微磁场以及搭载动物细胞的航天器中的特殊环境——微重力环境。其中,对动物细胞影响最大的是空间辐射和微重力环境。空间辐射作用于动物细胞将直接造成其损伤,影响它的结构和功能;空间微重力条件下,动物细胞的结构、增殖和基因及蛋白质表达均发生明显变异,这些变化大多是适应性的,返回地球表面后能够很快恢复正常。     

中国载人航天空间环境监测系统的发展

 空间环境是航天器的运行环境,直接关系到航天员和航天器的安全。监测、研究和预报空间环境,是保障航天员、航天器安全的一项重要手段。国内外载人航天工程逐步开展了辐射剂量、带电粒子、轨道大气、等离子体、空间碎片等空间环境参数探测。结合中国载人航天工程发展历程和阶段,着重介绍了中国神舟飞船、目标飞行器的空间环境探测研究情况,提出了后续空间站空间环境探测研究的建议。     

航天器在轨空间环境研究

本文阐述了航天器安全可靠性的重要性,提出对航天器表面带电影响较大的空间环境主要是等离子体环境和磁层亚暴环境,并简要介绍了空间环境对航天器表面带电的影响,为航天器静电带电机理及防护研究打下了重要基础。     

在轨建造中的关键力学问题

在轨建造是指在空间轨道或者地外天体上就地取材或者利用携带的材料、组件通过加工、组装形成航天器及其部组件的过程.由于无需经历发射段苛刻的力学环境,不受运载火箭整流罩空间的限制,因此,在轨建造能够有效降低航天器结构的重量,实现百米甚至千米级空间设施的建设.本文首先分析了在轨建造的技术优势和航天领域的工程需求.其次,分析了空间微重力、高真空和极端温度环境下加工过程中材料的受力和运动行为,以及对制件特性的影响;再次,分析了空间超大型结构在轨建造全过程的激励和扰动源、动力学分析与控制的力学问题;最后,梳理了面向在轨建造的空间大型结构设计的力学约束,给出多级空间桁架结构在轨建造的优化设计模型.     

无润滑往复式压缩机活塞环和导向环磨损特性及监测系统

1 试验设备和试验材料 1.1 试验设备 为准确测量滑动材料的磨损特性,试验应该在与实际工作条件即承载压力、温度、滑动速度和环境气体相同的情况下进行。为此而开发的通用磨损试验机,配有内瓶和外瓶(真空)。磨     

热真空环境模拟设备调试总结

通过对近几年甘肃长风信息集团生产的各种型号的热真空环境模拟设备的调试数据的统计,总结了热真空环境模拟试验设备的现场调试工作,得出了热真空试验设备的调试的一般方法,提高了现场工作效率,缩短了现场调试工作周期。     

上下求索育英才 励精图治铸辉煌——访“真空低温技术与物理”国家实验室达道安主任

达道安主任是我国著名的真空与航天技术专家，长期从事极高真空空间环境、空间微重力环境资源开发、空间环境模拟工程研究。     

月球表面环境综合模拟系统的设想

相比于环绕地球飞行的卫星或载人飞船，探月航天器面临的空间环境更为复杂和严酷。月球表面的环境对登月飞船、月球车的环境适应性及可靠性提出了极为严格的要求。文章就月球表面综合环境模拟系统进行了初步的系统设计。该系统可实现月表尘埃、地形地貌、承载能力及摩擦效应、真空、温度交替变化等环境因素的综合模拟，可为登月飞船及月球车的设计、优化以及最终的系统验证提供试验平台。     

近地空间环境

近地空间环境（如热层、电离层）对空间系统的危害很大。航天器电源系统必须在从发射到寿命终结的整个任务阶段经受住空间环境的考验,达到各项性能指标要求。为达到此目的,空间研究机构如NASA等已对通用设计准则进行研究并形成了文件。太阳电池阵直接暴露在空间环境中,故极易损坏。事实上,多数情况下,太阳电池阵的损坏情况决定了航天器的寿命。     

M/OD失效风险评估系统开发及标准校验

 论述了空间碎片失效风险评估在航天器设计中的重要性,给出了自主开发的空间碎片风险评估系统（MODRAS）总体框架及图形用户界面。MODRAS分为空间碎片风险评估和微流星体风险评估两大模块,每个模块又包括M/OD环境模型、航天器建模、碰撞概率分析、失效概率分析以及航天器防护结构设计等功能模块。除了环境模型模块外,其他各功能模块均为共享模块,即可同时应用于空间碎片风险评估与微流星体风险评估。针对机构间空间碎片协调委员会（IADC）指定的单位立方体、单位球体及简单航天器3种标准工况,将MODRAS分析结果与美国航空航天局的BUMPER系统、欧洲空间局的ESABASE系统、德国MDPANTO系统以及航天五院MODAOST系统等国内外同类软件分析结果进行比较。结果表明,在微流星体环境下,MODRAS与BUMPER程序失效数分析结果相差在4%以内;而在空间碎片环境下,失效数分析结果最大相差8%,校验了MODRAS的分析精度。此外,还给出了3种标准工况遭遇M/OD的表面失效数分布。     

空间碎片碰撞风险评估系统

为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

在轨航天器空间几何遮挡算法

航天器空间几何遮挡算法是空间碎片风险评估的关键环节,遮挡算法的正确性对评估精度影响显著.针对空间碎片碰撞风险评估中航天器几何遮挡问题,基于计算机图形学Robefls算法和Z缓冲器算法,建立了一种算法简单、精度高、通用性强的几何遮挡处理方法及算法实现.针对航天器结构比较复杂的特点,提出了先对航天器实现舱段分解,在消除被遮挡面后,再进行合并的遮挡处理原则,并建立了航天器结构空间几何遮挡理论模型及算法流程.采用该算法对IADC规定的简单航天器标准工况进行了遮挡处理分析,得出了遮挡处理后不同方向下航天器的暴露面积.结果表明.不同方向下的航天器暴露面积是不同的,遮挡处理后IADC规定的简单航天器最小暴露面积仅为原来的38.91%.最大也只有原来的55.27%.可见,在不同运行姿态下,航天器暴露面积差别很大,改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

航天器力学环境分析与试验技术研究进展

航天器力学环境是航天器在整个任务周期内经受的各种载荷作用的响应描述,是直接影响航天器总体设计水平和决定航天任务成败的关键因素.按照任务阶段,航天器力学环境主要分为发射段的力学环境和在轨力学环境.随着我国航天器设计水平的发展,航天器有效载荷对力学环境的要求越来越苛刻,航天器力学环境分析与试验技术已经成为制约我国航天器设计水平的关键技术.本文重点从发射段力学环境分析技术、在轨微振动环境分析技术、力学环境试验技术和航天器振动控制技术等四个方面对国内外近几年的研究进行了回顾,对相关研究进展和成果进行了系统的归纳与阐述.在此基础上,结合我国航天工程的实际需求及航天器发展的趋势,指出未来航天器力学环境分析与试验技术的主要研究方向.     

新型航天红外组件寿命试验设备的真空系统设计

 依据新型航天红外组件寿命试验设备的真空系统的技术要求,设计了具有两套抽气系统的全自动化高真空排气台,主真空系统以机械泵和分子泵作为前级泵,溅射离子泵作为主抽泵;辅助真空系统由机械泵和分子泵组成,用于主系统预抽。该真空系统采用计算机控制技术程控真空排气工艺,为多工位结构,具有全自动化的功能。根据理论计算分析,该设备能满足红外组件寿命试验对真空的要求。     

航天器极限大考验

正旅行到太空深处,听起来神秘而令人期待,可你考虑过航天器的感受吗——它要在真空、失重和辐射下执行任务,暴露在极端的速度、温度和振动中,随时有可能遭受重创!因此在出发前,它必须经历一连串酷刑般的测试。在欧洲航天局(ESA),为确保各种航天器和它们肚子里的设备都能适应飞行,科学设施和仪器被大量运用,配备出模拟外层空间的凶险环境,将一间间实验室布置得如同"生死阵"——剧烈震颤,致命噪     

航天器低重力模拟试验平台三维随动系统

为验证航天器处于低重力环境条件下在目标天体表面着陆起飞的适应能力，三维随动系统采用大范围随动和快速精确跟踪两级联动驱动技术构建了低重力环境，在地面进行航天器的着陆起飞试验。该试验方法克服了试验空间要求大、控制精度要求高等技术指标难点，解决了三维随动系统多自由度联动，大惯量机电设备高速、高精度协同控制等多项关键技术难题。通过并联索系统驱动技术控制快速随动平台运动，完成对航天器试验过程中的大范围随动跟踪；通过快速随动平台装置对航天器施加高精度的吊绳拉力控制，并在水平方向上跟随航天器运动，同时保持吊绳绝对倾角要求；通过提高快速随动平台的水平刚度，从而克服两级联动设备耦合晃动对航天器试验的不利影响。系统成功应用于中国探月工程中嫦娥三号、嫦娥五号和火星探测任务中天问一号航天器在低重力条件下悬停、避障、缓速下降和着陆，以及起飞等一系列地面真实工况验证试验，为航天器的综合性能参数验证与优化提供了关键技术手段。     

连续推力最优轨道规避

应用非线性规划方法研究了连续推力时间最优和燃料最优航天器规避问题。航天器空间飞行中,为了避免与其他航天器或空间碎片相撞,需采取措施实施规避策略。由于航天器最优规避问题是典型的具路径约束的轨迹优化问题,间接法即应用极大值原理难于处理。考虑航天器推进系统为固定比冲发动机,用改进的轨道根数描述航天器动态,在给定最大推力幅值和中间过渡轨道时,将规避问题划分为转移和返回两个阶段,然后应用非线性规划方法统一考虑时间最优和燃料最优航天器最优规避问题。数值仿真结果表明,最优规避任务能够完成;在时间最优或燃料最优规避情形时,航天器均以最大推力工作,且时间最优规避时消耗燃料最少。     

空间材料科学专题·编者按

空间材料科学是在微重力、空间辐射和高真空等空间环境条件下,研究材料的结构、性能变化和制备过程的规律,以及材料物理、化学性能变化和使役行为的学科.她既是基于空间技术发展也是基于空间技术发展需求而诞生的材料科学的一个新分支,集材料科学、凝聚态物理、物理化学、流体物理学、工程热物理学、空间环境和空间技术等多领域分支学科的交叉.