中国空间科学技术

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载人地月混合轨道一次脉冲应急返回轨道分析

吕鹏伟, 尚志, 王平

2020 (1): 1. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0001

摘要 ( 435 )

PDF(3881KB) ( 483 )

对于载人地月转移任务，应急返回轨道是航天员安全返回地球的保障。针对载人混合轨道地月转移对安全性要求高的特点，基于载人地月混合轨道，提出了3种一次脉冲的应急返回轨道，即直接返回、即刻机动绕月返回及绕月后机动返回等模式。研究了不同时刻发生故障后，利用3种应急模式返回地球的转移时间和速度增量等特性，研究了载人地月转移全过程出现故障后的应急方式，总结了3种应急模式的应用特点及优劣，可为载人月球探测任务顶层任务分析与设计提供参考。

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基于SPH方法的球形贮箱液体晃动动力学分析

马骏骁, 马亮, 魏承, 胡月, 赵阳

2020 (1): 7. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0002

摘要 ( 408 )

PDF(10035KB) ( 178 )

针对发生液体破碎现象的航天器球形贮箱液体晃动问题,基于光滑粒子流体动力学方法（SPH方法）对NS方程进行离散近似，分别对核函数、应力张量、边界问题、邻域粒子搜索等方面进行选择确定或计算处理，最终得到基于SPH方法的流体动力学模型。通过建立包括不同燃料液体体积及不同挡板安装位置的仿真模型，分析了航天器球形贮箱的受力及局部压强。通过分析贮箱受力情况及设置测量点压强情况，得到运动参数对晃动的影响规律，为航天器球形贮箱的设计提供了理论依据。

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一种新型的用于深空高动态微弱信号载波跟踪环

齐航天, 张晓林, 朱丽锦

2020 (1): 19. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0003

摘要 ( 348 )

PDF(3589KB) ( 241 )

分析了深空通信中高动态微弱信号载波跟踪方法，提出并分析了载波跟踪中状态方程非线性与量测方程的非线性取舍问题，分析了滤波过程中影响高动态与低信噪比的决定因素，给出了两个推论，提出了强跟踪算法的必要性。并以此选择了以传统卡尔曼滤波（KF）为基础，以锁相环（FLL）、无迹卡尔曼滤波（UKF）为辅助使用两种工作模式来应对不同环境。针对组合跟踪环路状态转换过渡易出现的频率阶跃问题，给出新型环路的工作模式及切换门限的数学表达式，在环路中添加计算判别器，实时控制环路输出的同时不浪费计算力地剔除了野值，提高了环路稳定性。仿真表明，该新型环路算法与现有的算法相比有很好的低信噪高动态适应能力，消除了切换峰值，剔除了野值。

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对空间碎片近距随遇悬停的控制方法及悬停燃耗分析

王灏宇, 侯晓庚

2020 (1): 27. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0004

摘要 ( 419 )

PDF(3718KB) ( 397 )

对空间碎片检视或抓捕操控中的悬停控制及燃耗问题进行了研究。通过CW方程，建立任务星近距随遇定点悬停控制模型，通过设计状态反馈控制器分析定点悬停的可控性以及推控要求，结果表明近距悬停需要与悬停位置相关的两个正交方向上的常值连续推力控制量，以及用于抵抗扰动的三轴向上的反馈变推力控制量。分析了近距随遇悬停的推控分系统配置，建立了长时近距随遇悬停的燃耗及燃耗速率的数学模型，最后分析了既满足安全距离需求、又满足悬停方位需求的最小悬停燃耗模型。

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基于球堆叠的月壤蓄热器传热特性数值研究

李蒙蒙, 胡定华, 李强

2020 (1): 37. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0005

摘要 ( 351 )

PDF(4024KB) ( 280 )

月壤蓄热是月球原位资源利用的一种重要方式，也是解决未来月球基地能源需求的最具潜力的途径之一。针对月壤蓄热过程，建立了基于球形堆叠的月壤蓄热器多孔介质蓄热模型。蓄热器的壳体采用登月舱下降级的燃料罐，流体传热介质采用氦气。通过数值模拟的方法研究了不同流动压降下月壤蓄热球堆叠方式、球直径对蓄热器传热过程的影响规律和机理，并分析了蓄热动态过程。研究结果表明，月壤蓄热球在简单立方体均匀堆叠（SC）和面中心立方体均匀堆叠(FCC)两种方式下，SC堆叠方式的综合蓄热指数比FCC模式可提高302%；同时还发现月壤蓄热球的直径存在最优值，可使得蓄热器在单位泵功下获得最大的蓄热量，并且该最佳值随着流体进出口压差增加而减小。该研究可为未来月壤蓄热器的设计和优化提供理论指导。

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空心阴极热特性优化研究

于博, 宋娜, 康小录

2020 (1): 45. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0006

摘要 ( 418 )

PDF(4056KB) ( 471 )

空心阴极常用于霍尔或离子电推进系统的电子源，其热特性对自身工作寿命和能效有重要影响。为考察工作过程中阴极的温度分布和热耗散特性，对空心阴极进行数值分析。采用等离子体流场计算数据与温度场计算数据互为输入条件，进行反复迭代的方式，计算稳态下阴极内部的温度场。为验证模型与计算代码的正确性，在真空舱内开展阴极的放电试验，利用热电偶与光学温度计对阴极5个测点进行测温，并将试验结果与计算结果进行比对。结果表明，计算的最大误差在5%以内。在此基础上，考察了不同结构、材料空心阴极内部的温度分布以及热耗散情况。当阴极整体长度由小变大时，阴极整体热耗散功率会先减小后增大，而采用发射率较高的外壳材料会提高阴极整体热耗散且降低整体温度。

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吸气式电推进系统可行条件分析

杨兆伦, 郭宁, 陈学康, 颜能文, 王聪

2020 (1): 54. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0007

摘要 ( 841 )

PDF(1591KB) ( 1185 )

吸气式电推进系统作为有可能实现长寿命超低轨飞行的技术而被关注。根据不同轨道环境条件，采用管状结构进气道、以及机械增压的吸气方式，讨论了吸气式电推进系统所需的可行条件。分析表明，在轨高度180~240km，航天器所需总功耗与迎风面之比需要大于2kW/m2，电推力器比冲需大于4×104m/s，方可满足推阻平衡需求。分析得出，实现吸气式系统在地球轨道的运用，关键技术在于增加气体收集效率并且降低收集功耗，同时电推力器的效率还需进一步提升。

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最小数据丢失量的地月中继卫星任务调度研究

王璐琦, 刘冰怡, 郭薇, 朱维各

2020 (1): 60. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0008

摘要 ( 405 )

PDF(3470KB) ( 270 )

月球背面的探测器必须依靠地月中继卫星进行数据传输与通信。地月中继任务包括实时性任务和延迟容忍类任务，如数传任务。当探测器等待传输的数据量超出用户存储容量时，延迟容忍类任务会由于探测器本地存储资源不足和地月中继卫星天线资源受限而无法完成，导致任务数据丢失，所以需要设计一种合理的地月中继任务调度策略，提高地月中继卫星的资源利用率，减少数据的丢失。对地月中继卫星任务调度进行了研究，在分析地月中继卫星数传任务的特点及用户的存储限制的基础上，以最小化数据丢失量为优化目标，建立了地月中继卫星任务调度模型，并设计了一种基于离散烟花算法（DFWA）的地月中继卫星任务调度算法。仿真数据分析表明，基于离散烟花算法的地月中继卫星任务调度算法在求解结果上优于遗传算法，是一种合理、有效的调度方法。

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一种空间燃料电池电源系统设计与实现

刘健, 万成安, 郭帅, 何雄

2020 (1): 70. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0009

摘要 ( 393 )

PDF(3561KB) ( 363 )

面向空间应用，依据某航天器任务期间的功耗需求，采用燃料电池和蓄电池的架构，对1kW燃料电池电源系统的设计与实现进行研究。构建了1kW燃料电池电源系统仿真模型，对系统设计原理进行了仿真验证，并研制了1kW燃料电池电源系统样机，对系统典型的负载阶跃工况进行了试验测试。试验测试结果表明，1kW燃料电池电源系统在半载阶跃变化时，母线电压波动小于5V，调节时间小于25μs；整个运行过程系统工作正常稳定，能够满足航天器空间应用需求。

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嫦娥四号着陆器月面工作遮挡应对方案研究

杨眉, 李飞, 刘德成, 赵洋, 张熇, 吴学英

2020 (1): 78. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0010

摘要 ( 450 )

PDF(6602KB) ( 329 )

嫦娥四号着陆于月球背面南极艾特肯盆地内，着陆区周围复杂地形导致测控和通信遮挡风险。针对这一问题，开展了着陆区的测控、光照遮挡分析，提出利用轨道控制策略的精细化设计来提高着陆点精度、优化月面工作程序和增加自主控制功能的设计方法,全方面降低嫦娥四号着陆器在月球背面着陆区的生存风险。该方法已通过嫦娥四号着陆器在轨验证，可以为其他深空探测任务提供参考和借鉴。

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卫星高功能密度综合电子系统设计

詹盼盼, 曹雅婷, 张翠涛, 蔺祥宇, 顾明

2020 (1): 87. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0011

摘要 ( 702 )

PDF(3752KB) ( 866 )

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。

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高轨卫星星载计算机优化设计与实现

徐楠, 李朝阳, 王兆琦, 韩笑冬, 安卫钰, 王晓宇, 冯彦君

2020 (1): 94. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2020.0012

摘要 ( 340 )

PDF(1568KB) ( 893 )

首先对当前星载计算机系统在高轨卫星领域的应用现状进行了分析，主要涉及处理器最小系统的存储器设计、数据共享及总线协议设计等。针对上述3个方面存在的不足，提出了处理器最小系统存储器优化设计方案，解决了存储器应用与选型的困境；采用“存储器+FPGA电路”的设计方法，实现了主备机数据共享；提出了一种自适应总线协议设计方法，解决了1553B总线协议通用性较差等问题。提出的设计方法，在中国下一代大容量通信卫星平台的星务计算机系统中得以应用，并取得了较好的效果，为星载计算机系统后续优化设计工作提供了新的思路。

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