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2009年  第29卷  第1期

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论文
中高层大气风场和温度场星载探测技术研究进展
王咏梅, 付利平, 杜述松, 王英鉴
2009, 29(1): 1-6. doi: 10.11728/cjss2009.01.001
摘要:
中高层大气风场和温度场是重要的大气基本参数, 其全球高精度测量具有广泛的应用前景, 探测需求日趋强烈. 干涉光谱仪由于其多通道、高通量和高光谱分辨率等优点而成为本项目的首选. 目前被成功应用的干涉式测风/测温仪器主要有Fabry-Perot 干涉仪和广角Michelson 干涉仪两大类. 本文对干涉光谱仪用于中高层大气风场和温度场探测的发展状况进行了分析, 同时比较了几种干涉仪测风和测温的可行性及优缺点, 为中国开展中高层大气风场和温度场星载探测打下基础.
碳纤维增强镁基复合材料的界面反应和拉伸性能研究
李坤, 裴志亮, 宫骏, 石南林, 孙超
2009, 29(1): 7-9. doi: 10.11728/cjss2009.01.007
摘要:
采用气压浸渗法, 制备了碳纤维增强镁基复合材料. 实验中分别选用了c.p.Mg, AZ31 和AZ91 三种基体材料进行研究. 分别采用了扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜(TEM) 分析了复合材料的拉伸断口和界面微区. 结果发现, 随着基体中Al 含量的增加, 界面处的化学反应逐渐加剧, 界面处不同程度的化学反应导致了不同的界面结合状态和界面结构.采用纯镁基体时, 界面呈现弱结合; 采用AZ31 和AZ91 为基体材料时,界面处出现针状反应产物, 且界面结合都较强.
组合材料芯片技术应用及Zn-Al合金镀层材料优选
刘茜, 陈伟, 刘庆峰, 归林华, 朱丽慧, 王利
2009, 29(1): 10-16. doi: 10.11728/cjss2009.01.010
摘要:
基于组合材料芯片技术原理, 通过离子束溅射方法, 在低碳钢基片上快速制备了全组份范围的二元Zn-Al 薄膜材料样品库, 研究了不同热处理条件对薄膜组份互扩散过程的影响. 使用XRD及EDS 等手段表征薄膜的成分和结构, 并采用原子力显微镜和透射电子显微镜观察形貌; 使用纳米压痕仪测试材料芯片样品的压痕硬度和弹性模量; 使用电化学方法测试平衡电位和极化电阻. 在获得薄膜材料样品组成-结构-性能(力学性能和耐腐蚀性能) 关联特性的基础上, 对具有良好力学性能和耐腐蚀性能的二元Zn-Al 合金镀层材料提出了成分设计和优化方案, 即选择兼具良好力学性能和耐蚀性能的Al-Zn 镀层材料, 成分配比应控制为约30 at % Zn 含量.
杂质对溶菌酶晶体表面形貌和生长动力学的影响
戴国亮, 刘兴宇, 王素静, 康琦, 胡文瑞
2009, 29(1): 17-22. doi: 10.11728/cjss2009.01.017
摘要:
采用相差显微镜研究了两种杂质蛋白(荧光标记的溶菌酶和商品溶菌酶中的杂质)对四方溶菌酶晶体表面形貌、{110}和{101}表面生长速度以及{110}面台阶生长动力学的影响. 杂质会影响晶体表面二维生长岛的形貌,并显著降低晶体{110}和{101}面法向生长速度. 杂质会显著降低{110}表面台阶的生长速度, 且对〈110〉方向速度的抑制效果显著强于〈001〉方向. 根据切向台阶速度和过饱和度的关系, 计算得到了台阶动力学系数β和台阶的有效表面能及棱边自由能.
对接机构方案样机轴向缓冲力仿真分析与试验验证
肖余之, 时军委, 郭家骅
2009, 29(1): 23-28. doi: 10.11728/cjss2009.01.023
摘要:
在对接机构方案样机缓冲试验中发现了轴向缓冲力超标的问题. 针对这一问题, 理论分析了轴向缓冲力过大的原因, 进行了仿真计算, 给出了降低轴向缓冲力的措施, 并在对接机构方案样机上实施了部分措施进行验证试验, 验证试验数据表明仿真正确、措施有效. 仿真也复现了飞行器模拟件自振频率对轴向缓冲力的影响, 并在飞行器模拟件的模态测试中得到了验证, 仿真给出了必须对试验数据进行滤波分析的结论.
小卫星三轴稳定鲁棒自适应控制器设计
张刘, 王绍举, 金光
2009, 29(1): 29-33. doi: 10.11728/cjss2009.01.029
摘要:
针对某微小卫星, 研究了系统结构存在不确定性及外部干扰为定常未知时的姿态控制问题. 运用Lyapunov 方法, 利用Euler-Lagrange 系统的内在性质, 设计出一种不需解耦的鲁棒自适应控制器. 对系统进行数学仿真表明, 该控制算法在应用中不但具有较好的控制性能, 还具备良好的鲁棒性.
三轴气浮台自动调节平衡和干扰力矩测试
杨秀彬, 金光, 徐开
2009, 29(1): 34-38. doi: 10.11728/cjss2009.01.034
摘要:
三轴气浮台是在地面模拟卫星姿态运动的支撑平台. 为有效进行卫星地面模拟仿真, 模拟卫星在外层空间的小干扰力矩力学环境, 首先分析气浮台扰动力矩, 针对重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡, 及主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡的问题, 采用先手动平衡再自动平衡的方法, 调节气浮台平衡; 然后给出三自由度气浮台自动平衡动力学方程, 在平衡调整基础上, 用有效的测试手段测试气浮台的台体水平度、静不平衡力矩、干扰力矩等, 为小卫星姿态控制系统的仿真提供一个有效的、精确的实验平台.
飞轮扰动原因与测量技术现状
王全武, 虎刚
2009, 29(1): 39-44. doi: 10.11728/cjss2009.01.039
摘要:
飞轮是高精度航天器姿态控制的主要干扰源之一. 分析了引起飞轮产生扰动的主要因素, 详细介绍了美国航空航天局哥达德空间飞行中心、日本宇宙航空开发机构筑波空间中心、美国麻省理工学院空间系统实验室以及中国科研单位在研究中采用的飞轮扰动测量技术, 为进一步开展飞轮扰动测量技术研究奠定了基础.
基于目标的全色TDICCD 空间相机信噪比分析
钟兴, 金光, 张雷
2009, 29(1): 45-49. doi: 10.11728/cjss2009.01.045
摘要:
TDICCD 是近几年发展起来的一种新型光电传感器, 作为焦平面器件已广泛应用于空间相机的设计和制造. 本文分析了待观测目标太阳高度角及亮度的影响因素, 建立了光能量从待观测目标到空间相机入瞳的亮度传递数学模型, 提出了一种基于目标的全色TDICCD 空间相机信噪比快速预估计算方法. 以模拟极轨卫星所携带的TDICCD 相机为例进行了预估分析. 结果显示, 此模拟北纬20°待观测目标全年星下点太阳高度角范围为41.5°~76.7°, F 数为15 的TDICCD 相机可以获得的最大信噪比大于40dB. 本文的推导可用于TDICCD 空间相机的预研和总体设计, 同时达到验证卫星任务规划与轨道设计合理性的目的.
基于巨磁阻抗效应的微型磁传感器技术研究
王晓美, 滕云田, 王喜珍, 王晨, 周勋
2009, 29(1): 50-53. doi: 10.11728/cjss2009.01.050
摘要:
从非晶丝的巨磁阻抗效应入手, 详细分析了非晶丝巨磁阻抗效应原理及其影响因素, 阐述了基于非晶丝巨磁阻抗效应的传感器工作原理, 并设计了传感器的信号调制电路. 该微型化、低功耗的磁传感器有望应用于空间磁场测量.
可编程逻辑器件在空间电子学设备中的应用
闫蕾, 王强, 房亮, 顾红静, 李楠
2009, 29(1): 54-58. doi: 10.11728/cjss2009.01.054
摘要:
介绍了几种常用于空间电子学设备的可编程逻辑器件 (FPGA), 基于空间环境特点, 分析了可编程逻辑器件在空间电子学设备中应用时需要考虑的特殊问题. 针对空间试验中经常出现的单粒子翻转事件(SEU), 介绍了一种基于冗余(FTMR) 的FPGA设计方法, 并通过实例给出了这种方法对系统性能和设计规模的影响.
太阳电池阵地面展开仿真技术研究与试验验证
郭其威, 苟永杰, 何岗, 唐国安
2009, 29(1): 59-63. doi: 10.11728/cjss2009.01.059
摘要:
基于动压头简化公式、3D-FLUENT 全流场仿真以及附加质量方法, 针对实践七号(SJ-7) 太阳电池阵地面展开系统进行了研究, 首次实现了多体动力学与空气动力学实时耦合计算在太阳电池阵研究上的应用. 三种仿真计算方法所得结果相互得到了验证, 在计算精度方面大大优于以往做法, 同时与地面试验实测结果得到了很好的统一. 该方法目前已成功应用于其他在研型号任务.
中继反射镜能量特性研究
刘春雨, 金光
2009, 29(1): 64-67. doi: 10.11728/cjss2009.01.064
摘要:
介绍了地基激光加天基中继反射镜体系的系统组成及基本工作原理, 重点对中继反射镜的能量特性进行了分析, 得出了作用距离与中继镜口径和目标辐照度的关系, 并给出了计算的实例. 其结果进一步说明了中继镜原理上的可行性, 提出了中继反射镜技术发展应该重点考虑的关键技术. 研究结果对于实际中继反射镜系统的设计有一定的参考意义.
静电拉伸空间薄膜反射镜面形控制机理研究
张鹰, 金光
2009, 29(1): 68-72. doi: 10.11728/cjss2009.01.068
摘要:
薄膜反射镜将解决反射镜孔径与重量相互制约的问题. 采用静电拉伸法控制薄膜反射镜面形, 具有结构简单、反射镜面形易于控制等优点, 其原理为利用静电场上库仑力作用使薄膜产生面形变化, 生成所需的光学曲面. 由于薄膜变形力学, 以及静电场理论的复杂性, 目前薄膜成形及其面形控制在理论分析上仍未有定量的结果. 本文主要以单电极静电场中的薄膜反射镜面形为考察因素, 通过数值计算的方法得到薄膜反射镜上的静电力分布, 运用有限元分析获得该分布下的反射镜面形, 并将其与理想面形进行比较. 提出采用多电极闭环控制可获得更高的控制精度, 对静电拉伸薄膜的研究具有一定的指导意义.
电介质测量中的谐振腔Q因子特性
倪尔瑚, 罗萍, 李涤徽
2009, 29(1): 73-77. doi: 10.11728/cjss2009.01.073
摘要:
对同轴线-集中电容负载谐振腔, 采用传输测量使用的3dB 三频法决定有载Ql, 计及谐振频率下的插入损耗后获得无载Qu, 对同一腔体, 也用单端口反射测量技术的xdB 三频法, 并通过测量回程损耗在谐振点和xdB 点的输入反射系数振幅来获得无载Qu. 在500MHz 下40 个不同的耦合状况下, 两种方法得到无载Qu的算术平均值和标准差为2519±34. 这两种技术被用来调节和实现传输型谐振腔的输入、输出的等耦合和电介质测量, 本文从介质损耗测量的观点讨论了如何使用有载Ql和无载Qu.
动量轮失效物理模型试验方案研究
樊幼温, 杨晓丽, 李春伟, 卿涛
2009, 29(1): 78-86. doi: 10.11728/cjss2009.01.078
摘要:
论述了动量轮失效物理模型及其试验方法, 其目的是提高动量轮产品的研制水平和进行动量轮寿命预计. 文章主要内容包括失效物理模型、试验环境模拟、试验模型技术状态的认可、失效影响因素分析、试验过程中数据采集方法及建立失效物理的数学评判表达式.
地震电磁卫星的发展与思考
滕云田, 王喜珍, 王晓美, 周勋
2009, 29(1): 87-92. doi: 10.11728/cjss2009.01.087
摘要:
大量的震例表明, 地震与电离层之间存在一定的耦合关系, 这为地震电磁卫星的发展提供了理论依据. 文章分析了各国地震电磁卫星的发展动态和发展趋势, 对目前地震电磁卫星研究工作提出了建议, 建立多种类型、多种手段、多颗卫星组成的综合卫星星座观测是实现地震预报的必要手段.
空间科学实验地面支持系统平台
李绪志, 刘玉荣, 王红飞, 黑保琴
2009, 29(1): 93-97. doi: 10.11728/cjss2009.01.093
摘要:
相对于其他空间任务, 空间科学实验具有用户分散、实验进程控制 (遥科学实验)要求实时或准实时、多种类型空间科学数据处理要求等特点. 针对空间科学实验的特点和对地面支持系统的要求, 结合实践八号卫星(SJ-8)、探测双星(TC-1, TC-2) 和神舟系列飞船(SZ) 的空间科学实验地面支持系统的任务完成情况, 以及未来空间科学实验任务的需求, 提出了地面支持系统平台的构架设想. 该系统平台支持空间科学实验的状态监视与控制, 支持遥科学实验, 能够支持空间科学实验数据标准产品的定制处理, 满足空间科学实验多任务的要求, 具有通用性和可扩展性.
重复锁定与释放功能机构研究状况及关键技术分析
胡明, 花道兰, 刘荣强, 邓宗全
2009, 29(1): 98-101. doi: 10.11728/cjss2009.01.098
摘要:
综述了国内外锁定与释放功能机构的研究现状和发展状况, 并分析了各类型的锁定与释放功能机构及其锁定形式(包括节点类型与锁定方式). 着重分析了重复锁定与释放功能机构的关键技术, 包括设计影响要素、驱动、传动方式及执行机构特征, 为后续的方案设计和分析提供了依据.
静电悬浮加速度计伺服控制分析
薛大同
2009, 29(1): 102-106. doi: 10.11728/cjss2009.01.102
摘要:
根据广义相对论原理选定的坐标系参照物为理想情况下在轨道上自由飘浮的卫星, 据此讨论静电悬浮加速度计检验质量块的运动和电极笼的运动, 得到检验质量在电极内运动的动力学方程, 证明以往相关文献提供的公式存在明显缺陷; 在此基础上分析了伺服控制电路, 给出了电阻尼系数、闭环自然谐振的角频率(或称为加速度计的基础角频率)、受静电负刚度等非受控刚度制约的角频率、来自于静电悬浮的加速度、检验质量的相对位移等一系列表达式, 从而提出必须有足够的增益以提供适度的闭环自然谐振角频率. 给出了位置噪声引起的加速度噪声表达式, 证明当伺服回路的增益足够大时, 在悬浮频带内检验质量的相对位移几乎为零.
IEEE1394 总线容错性研究
周庆瑞, 孙辉先
2009, 29(1): 107-111. doi: 10.11728/cjss2009.01.107
摘要:
IEEE1394 总线正逐步应用于航天电子系统, 因此对其容错性进行研究是非常必要的. 本文对IEEE1394总线的物理层与链路层接口部分在信号传输中可能存在的错误以及如何容错进行了研究, 重点分析了物理层控制双向总线时可能出现的各种错误, 并给出了链路层的容错方法, 这样可以在很大程度上提高网络系统运行的可靠性.
基于CCSDS 标准的遥感卫星下行数据纠错校验技术
韩家玮, 张洪群
2009, 29(1): 112-116. doi: 10.11728/cjss2009.01.112
摘要:
卫星下传时难免会受到噪声干扰, 影响数据质量. 为了尽可能减少噪声干扰对卫星数据的影响, 几乎所有卫星在其数据下传时都加入了容错编码, 以提高卫星数据的抗干扰能力. 与此相适应, 地面处理系统要相应地进行纠错校验处理. 本文研究了基于CCSDS 标准的PN, CRC, RS 和Viterbi 纠错校验处理技术, 论述了纠错原理, 以Envisat 卫星为例, 给出了各种纠错校验处理技术的软件实现方法.
RLV导航系统硬件配置方案及信息处理技术
穆荣军, 韩鹏鑫, 崔乃刚
2009, 29(1): 117-123. doi: 10.11728/cjss2009.01.117
摘要:
在对RLV (Reusable Launch Vehicle, 可重复使用航天运载器) 的轨道特性进行详细分析的基础上, 提出了RLV 导航系统的硬件分段配置方案. 针对RLV 对导航系统高容错性、动态适应性和智能化水平的要求, 提出了基于动态贝叶斯网络理论的容错式组合导航信息处理方法. 利用基于动态贝叶斯网络理论的传感器动态选择控制器, 实现传感器件组合的动态自主优化配置和系统实时健康监控.
中国返回式卫星与空间科学实验
李春华, 倪润立
2009, 29(1): 124-129. doi: 10.11728/cjss2009.01.124
摘要:
中国返回式卫星发展至今已有30 多年, 共发射了23 颗返回式卫星. 在多次返回式卫星任务中成功进行了大量的空间科学和技术实验. 本文首先概要介绍了中国返回式卫星的发展情况、技术特点、在返回式卫星上进行的空间科学实验情况; 其次, 介绍了卫星平台对有效载荷可提供的环境条件、服务支持以及载荷设备研制与卫星技术流程之间的匹配关系和接口要求; 最后, 对卫星平台的技术发展趋势与应用前景进行了展望.
小卫星平台的多系统 GNSS 软件接收机研究
贺小军, 王绍举, 金光
2009, 29(1): 130-134. doi: 10.11728/cjss2009.01.130
摘要:
介绍了卫星导航信号的构成及传统GPS (全球定位系统) 接收机的工作原理, 并将近年来受到广泛关注的软件无线电技术引入到GNSS (全球卫星导航系统) 接收领域, 形成了一种多系统兼容, 高度灵活, 可升级的GNSS 接收机新架构. 给出了满足小卫星平台需求的FPGA + DSP 的数字处理模块硬件架构以及接收机的软件参考结构. 论述了多系统软件无线电GNSS 接收机在小卫星平台中应用时存在的优势和不足, 以及在星载一体化小卫星中的应用前景.
CCD光学遥感器参数选择研究
金光, 钟兴
2009, 29(1): 135-139. doi: 10.11728/cjss2009.01.135
摘要:
介绍了由衍射受限非相干成像系统的衍射分辨率引出的截止频率及混叠的概念. 为了对采样成像系统获得的图像质量进行量化, 使用图像质量因子(λF/P)表示探测器对光学系统线扩散函数采样的程度. 进一步分析了光学遥感器参数选择与信噪比的关系. 选择实际的焦距9 m, F 数为18 的空间光学系统, 利用ZEMAX 软件的像模拟功能, 对选择8.75 μm 和13 μm 像元尺寸的CCD 所获得的图像进行了模拟仿真. 仿真获得的结果验证了图像质量因子和信噪比对图像分辨率的影响.
Don Pettit 国际空间站微重力流体实验与若干现象的解析
李建强, 袁章福
2009, 29(1): 140-144. doi: 10.11728/cjss2009.01.140
摘要:
Don Pettit 是美国NASA 的资深宇航员, 2002 年11 月至2003 年5 月, 在国际空间站工作期间, 进行了一系列名为Saturday Morning Science的微重力实验. Don Pettit 实验揭示了微重力下一些令人惊奇的现象, 涉及流体力学、气泡动力学、晶体生长以及运动学的诸多基础问题, 是能够获得的国际空间站为数不多的微重力实验资料, 具有重要研究意义. 实验包括14 组流体实验和7 组力学实验, 而流体实验又大致分为水膜实验和水球实验, 包括大尺寸水膜制备、扩散和对流、Marangoni 对流、薄膜结晶、水球/气泡旋转等. 本文对Don Pettit 实验的流体部分进行了介绍, 并对其中的Marangoni对流和薄膜结晶实验现象进行了解析.
微重力池沸腾传热研究
赵建福, 胡文瑞
2009, 29(1): 145-149. doi: 10.11728/cjss2009.01.145
摘要:
对利用中国返回式卫星搭载开展的两次微重力池沸腾空间实验及地基常重力和落塔短时微重力实验的结果进行了评述. 研究发现微重力时丝状加热器沸腾传热会略有强化, 而平板加热器则在高热流条件下明显恶化. 微重力时, 气泡脱落前存在沿加热面的横向运动, 加剧了相邻气泡间的合并, 合并气泡会在其表面振荡作用下从加热面脱落. Marangoni 效应对于微重力气泡行为有重要影响.
微重力环境下的表面张力及无接触测量
窦磊, 李建强, 袁章福
2009, 29(1): 150-153. doi: 10.11728/cjss2009.01.150
摘要:
表面张力是材料重要的物理化学参数之一, 尤其在微重力条件下, 由表面张力引起的科学现象一直备受关注. 静滴法是地面重力条件下进行熔体表面张力测量的主要方法, 该方法的测量结果精确, 但在微重力环境下该法应用尚存在一些问题. 本文基于对表面张力理论的思考, 阐述了对其测量方法的认识和见解, 并讨论了地面上采用静滴法对熔体的表面张力进行测量研究以及静滴法在微重力条件下应用的困难. 进而介绍了利用悬浮技术进行熔体表面张力测量的无接触测量方法, 特别介绍了电磁悬浮法, 该法避免了由于容器接触带入杂质所引起的误差, 尤其在微重力条件下消除了重力的影响, 测量精度得到显著提高.
空间站材料科学加工试验炉的选择
奚日升
2009, 29(1): 154-158. doi: 10.11728/cjss2009.01.154
摘要:
对国际空间站上各国准备选用的材料科学试验加工炉进行了介绍. 主要呈现以下特点: 高度集成化的材料制备、测试、分析和处理等综合实验能力; 更高的精度、稳定性以及更长的使用寿命; 模块化、标准化和组合式; 应用遥科学实验技术. 从1998 年开始, 为适应未来中国空间站试验的需求, 发展了几类遥科学的空间加工炉及在长时间无人条件下由机器人照料的任意次更换样品的遥操作原型炉. 提出在中国载人航天工程第三步, 即空间站阶段的前期关键技术预研中, 设计和研发功能专业化, 结构模块化和接口标准化的典型功能实验单元, 通过技术集成可以在短时间内高效可靠地完成空间实验设备的配置、集成化和空间应用.