航天運(yùn)載器的案例
重復(fù)使用航天運(yùn)載器的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)
文章摘要
重復(fù)使用航天運(yùn)載器是運(yùn)載火箭的未來(lái)，也是滿足大規(guī)模、高效益進(jìn)出太空的前提條件。
文章回顧了重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)60多年的發(fā)展歷程，尤其是近10年來(lái)在商業(yè)航天的驅(qū)動(dòng)下所取得的最新進(jìn)展，同時(shí)總結(jié)了中國(guó)重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)，特別是垂直起降技術(shù)的進(jìn)展。
針對(duì)目前已被成功驗(yàn)證為可行的垂直起降的重復(fù)使用方式，從液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力調(diào)節(jié)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)多次起動(dòng)、著陸制導(dǎo)與控制、高精度導(dǎo)航、機(jī)構(gòu)方面對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜述和討論。
提出中國(guó)重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)未來(lái)發(fā)展的建議，包括將經(jīng)濟(jì)性作為設(shè)計(jì)約束貫穿始終，建立重復(fù)使用設(shè)計(jì)方法與準(zhǔn)則，突破載荷環(huán)境高精度預(yù)示技術(shù)，發(fā)展重復(fù)使用檢測(cè)、維護(hù)與評(píng)估技術(shù)，合理選擇動(dòng)力系統(tǒng)類型，盡快實(shí)現(xiàn)垂直回收集成演示驗(yàn)證，以及兼顧發(fā)展水平起降重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)，從而為中國(guó)未來(lái)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效益進(jìn)出太空打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步，特別是近年來(lái)航天科技的迅猛發(fā)展，世界航天已進(jìn)入以大規(guī)模互聯(lián)網(wǎng)星座、太空資源開(kāi)發(fā)與利用、載人月球探測(cè)和大規(guī)模深空探測(cè)等為代表的新階段,各國(guó)正在實(shí)施和規(guī)劃大規(guī)模星座計(jì)劃、載人月球探測(cè)計(jì)劃、載人火星探測(cè)、地月空間經(jīng)濟(jì)圈等，進(jìn)入空間規(guī)模需求快速增長(zhǎng)。
到21世紀(jì)中葉，全球進(jìn)入空間規(guī)模需求將超10萬(wàn)t，超過(guò)當(dāng)前運(yùn)載能力的兩個(gè)數(shù)量級(jí)。若采用一次性運(yùn)載火箭實(shí)施發(fā)射任務(wù)，對(duì)發(fā)射成本和運(yùn)載火箭產(chǎn)能將是巨大挑戰(zhàn)。
重復(fù)使用是降低發(fā)射成本和應(yīng)對(duì)產(chǎn)能需求的必要選擇。同時(shí)重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)的發(fā)展還能夠有效支撐人類地外天地著陸和起飛返回任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。
重復(fù)使用航天運(yùn)載器是指可以多次往返于地球與太空，可按需執(zhí)行一定任務(wù)并返回地面的航天飛行器。
按動(dòng)力方式，其可分為火箭動(dòng)力和組合動(dòng)力。
展開(kāi) 液體火箭動(dòng)力系統(tǒng)復(fù)用，下一步瞄準(zhǔn)哪兒？
回收復(fù)用難關(guān)多
液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為航天運(yùn)載器的主要?jiǎng)恿ρb置，具有性能高、任務(wù)適應(yīng)強(qiáng)、技術(shù)難度大、研制周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，堪稱航天運(yùn)載器上最復(fù)雜的產(chǎn)品之一。因此，液體火箭動(dòng)力系統(tǒng)重復(fù)使用是實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)載器重復(fù)使用所必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。
獵鷹9火箭第一級(jí)與第二級(jí)分離示意圖（源自網(wǎng)絡(luò)）
具體來(lái)說(shuō)，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)想實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，需要突破多次啟動(dòng)、低入口壓力啟動(dòng)、大范圍推力調(diào)節(jié)、狀態(tài)評(píng)估檢測(cè)及健康管理、快速簡(jiǎn)化處理、高溫組件結(jié)構(gòu)抗疲勞壽命評(píng)估及延壽、全任務(wù)復(fù)雜力熱環(huán)境預(yù)示及控制等關(guān)鍵技術(shù)，其研制難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)上一次性使用的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
在世界主要航天強(qiáng)國(guó)中，美國(guó)在可重復(fù)使用火箭動(dòng)力領(lǐng)域的科研實(shí)力最雄厚，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也最豐富。早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)就已經(jīng)成功研制了能夠重復(fù)使用的大推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，并作為航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)。
航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)使用液氫液氧推進(jìn)劑，3臺(tái)總共提供600多噸的推力，而且推力可在65%~109%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這樣設(shè)計(jì)是為了讓航天飛機(jī)在點(diǎn)火和初始的上升階段獲得更大的推力，更容易飛起來(lái)并加速，而在最后的上升階段，主發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)減少推力，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)入軌速度的精確控制。
2011年航天飛機(jī)退役之后，美國(guó)商業(yè)航天新勢(shì)力承擔(dān)起“重復(fù)使用，天地往返”的重任。其中，SpaceX公司的獵鷹9火箭革命性地實(shí)現(xiàn)了入軌級(jí)運(yùn)載火箭第一級(jí)回收與重復(fù)使用。
2015年12月，獵鷹9火箭首次陸地成功回收一子級(jí)。2017年3月，獵鷹9火箭一子級(jí)首次重復(fù)使用發(fā)射。截至2022年9月，該火箭成功回收一子級(jí)130多次，單枚火箭一子級(jí)復(fù)用次數(shù)最多達(dá)14次，發(fā)射強(qiáng)度之高、可靠性和經(jīng)濟(jì)性之顯著都令人驚嘆。
成就獵鷹9火箭的技術(shù)基礎(chǔ)是9臺(tái)并聯(lián)的梅林1D發(fā)動(dòng)機(jī)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)是專門為可重復(fù)使用火箭設(shè)計(jì)的，采用了液氧煤油推進(jìn)劑，單臺(tái)海平面推力87噸，比沖275秒，具備多次點(diǎn)火能力。
展開(kāi) 嵌入式系統(tǒng) | Ansys SCADE在航天自動(dòng)運(yùn)載飛船中的應(yīng)用
圖表3: Astrium公司參與研制的部分產(chǎn)品
2
Astrium 自動(dòng)運(yùn)載飛船ATV的SCADE應(yīng)用
2.1
Astrium 自動(dòng)運(yùn)載飛船ATV簡(jiǎn)介
自動(dòng)運(yùn)載飛船原名阿麗亞娜運(yùn)載飛船Ariane Transfer Vehicle，是歐洲航天局發(fā)起的用于國(guó)際空間站(ISS: International Space Station)貨物運(yùn)輸?shù)南男载涍\(yùn)航天器，具有較高的自主性，可自主與國(guó)際空間站交會(huì)對(duì)接。自動(dòng)運(yùn)載飛船由阿麗亞娜5號(hào)火箭發(fā)射到預(yù)定軌道，在2008年至2014年共成功運(yùn)行了5次，五個(gè)自動(dòng)運(yùn)載飛船名稱分別是Jules Verne, Johannes Kepler, Edoardo Amaldi, Albert Einstein和Georges Lema?tre。
展開(kāi) 中國(guó)民營(yíng)航天公司首枚運(yùn)載火箭將在月底發(fā)射
2019年3月，零壹空間OS-M首型運(yùn)載火箭暨“重慶·兩江之星”全箭總裝合練及全系統(tǒng)測(cè)試圓滿完成，標(biāo)志著該火箭已完成進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)前的所有準(zhǔn)備和測(cè)試工作。本月底，零壹空間將在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射首枚OS-M運(yùn)載火箭。
機(jī)械與運(yùn)載工程領(lǐng)域顛覆性技術(shù)
研制仿生飛行器，將會(huì)突破目前大型航空飛行器設(shè)計(jì)過(guò)程中固化的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)限制，微小型飛行器將具備極佳的隱蔽性和在狹小空間的飛行能力。協(xié)同集群技術(shù)的發(fā)展能夠克服單個(gè)微型飛行器能力不足的缺陷，將顛覆傳統(tǒng)單一飛行器的作戰(zhàn)模式，產(chǎn)生重大軍事變革。
航天器技術(shù)領(lǐng)域包括：可重復(fù)使用火箭、大型火箭、星際高速飛行器。
可重復(fù)使用航天運(yùn)載技術(shù)
可重復(fù)使用航天運(yùn)載技術(shù)基于可重復(fù)使用運(yùn)載器。可重復(fù)使用運(yùn)載器是指能夠在地球表面與太空之間重復(fù)往返的多用途飛行器，具有快速、安全、可靠、成本較低的巨大優(yōu)勢(shì)。可重復(fù)使用航天運(yùn)載器技術(shù)可改變目前航天運(yùn)載器發(fā)射成本巨大的困境。
3.海洋運(yùn)載領(lǐng)域
目前可燃冰開(kāi)采船舶創(chuàng)新技術(shù)、船舶動(dòng)力–無(wú)軸輪緣推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)、船舶綠色化的創(chuàng)新與發(fā)展技術(shù)、海洋數(shù)據(jù)資源技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域可能存在疑似顛覆性技術(shù)。
吳有生院士指出，世界海洋運(yùn)載裝備呈現(xiàn)以“綠色船舶技術(shù)”為基礎(chǔ)，以“綜合集成”“智能化”“深遠(yuǎn)海”為主要發(fā)展方向的新趨勢(shì)。
適應(yīng)于深遠(yuǎn)海支持和作業(yè)的海洋運(yùn)載工程裝備將成為未來(lái)需求的重點(diǎn)。突破性技術(shù)包括節(jié)能裝置、雙燃料主機(jī)、輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)。未來(lái)值得期待的海洋運(yùn)載技術(shù)還有核動(dòng)力和深海載人空間站。
綠色海洋運(yùn)載技術(shù)
海洋運(yùn)載裝備的節(jié)能技術(shù)始終貫穿于其發(fā)展的過(guò)程中。目前，綠色船舶技術(shù)的發(fā)展方向主要包括：
綠色船舶的總體技術(shù)，包括船舶設(shè)計(jì)優(yōu)化、減輕船舶的重量、少/無(wú)壓載水船舶；
綠色船舶動(dòng)力技術(shù)，也是綠色船舶技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)，目前較為成熟或正在研發(fā)的有關(guān)技術(shù)包括低轉(zhuǎn)速長(zhǎng)沖程設(shè)計(jì)技術(shù)、降低最大持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)功率點(diǎn)油耗技術(shù)、氣體燃料技術(shù)、風(fēng)帆油機(jī)混合動(dòng)力技術(shù)等；
綠色船舶營(yíng)運(yùn)技術(shù)，包括船舶能效控制和岸電技術(shù)。
綜合集成與智能化
隨著海洋運(yùn)載工程任務(wù)需求的不斷增加，海洋運(yùn)載裝備逐漸向功能綜合集成化、智能化方向發(fā)展。
展開(kāi) 淺談智能材料在航空航天軍事上的應(yīng)用與前景
智能蒙皮在航空航天軍事上的應(yīng)用，例如光纖作為智能傳感元件用于飛機(jī)機(jī)翼的智能蒙皮中，或者在武器平臺(tái)的蒙皮中植入傳感元件、驅(qū)動(dòng)元件和微處理控制系統(tǒng)制成的智能蒙皮，可用于預(yù)警、隱身和通信。目前美國(guó)在智能蒙皮方面的研究包括：美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御局為導(dǎo)彈預(yù)警衛(wèi)星和天基防御系統(tǒng)空間平臺(tái)研制含有多種傳感器的智能蒙皮；美空軍萊特實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的結(jié)構(gòu)化天線（即把天線與蒙皮結(jié)構(gòu)融合在一起）研究；
美海軍則重點(diǎn)研究艦
艇用智能蒙皮，以提高艦艇的隱身性能。
結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)在航空航天軍事上的應(yīng)用。 智能結(jié)構(gòu)可用于實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變、溫度、裂紋，探測(cè)疲勞和受損傷情況，從而能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)。例如，采用光纖傳感器陣列和聚偏氟乙烯傳感器的智能結(jié)構(gòu)可對(duì)機(jī)翼、機(jī)架以及可重復(fù)使用航天運(yùn)載器進(jìn)行全壽命期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、損傷評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)；空間站等大型在軌系統(tǒng)采用光纖智能結(jié)構(gòu)，可實(shí)時(shí)探測(cè)由于交會(huì)對(duì)接碰撞
隕石撞擊或其他原因引起的損傷，對(duì)損傷進(jìn)行評(píng)估，實(shí)施自診斷。正在研究的自診斷智能結(jié)構(gòu)技術(shù)有：光纖傳感器自診斷技術(shù)，可以測(cè)量裂紋的“聲音”傳感器自診斷技術(shù)，及其它可監(jiān)測(cè)復(fù)合材料層裂的傳感器自診斷技術(shù)等。
智能結(jié)構(gòu)用于航空、航天系統(tǒng)可以消除系統(tǒng)的有害振動(dòng)，減輕對(duì)電子系統(tǒng)的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如美國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局資助波音公司研制的直升機(jī)智能結(jié)構(gòu)旋翼葉片，可以改善旋翼的空氣動(dòng)力學(xué)性能，減小振動(dòng)和噪音。智能結(jié)構(gòu)用于艦艇，可以抑制噪聲傳播，提高潛艇和軍艦的聲隱身性能。智能結(jié)構(gòu)用于地面車輛，可以提高軍用車輛的性能和乘坐的舒適度。國(guó)外正在研究的具有減振降噪功能的智能結(jié)構(gòu)，主要由壓電陶瓷、
形狀記憶
合金和電致伸縮等新材料制成。
展開(kāi) NASA今將發(fā)射帕克太陽(yáng)探測(cè)器，人造航天器或創(chuàng)造三項(xiàng)歷史
美國(guó)宇航局（NASA）計(jì)劃于美國(guó)東部時(shí)間8月12日凌晨3時(shí)33分（北京時(shí)間8月12日下午3點(diǎn)31分）發(fā)射“帕克”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器。探測(cè)器飛行7年后將抵達(dá)太陽(yáng)的日冕層，這將是人造航天器首次抵達(dá)恒星的大氣層。
NASA將發(fā)射人類首顆“帕克”號(hào)太陽(yáng)探測(cè)器，探測(cè)器飛行7年后將抵達(dá)太陽(yáng)的日冕層 本文圖均為視覺(jué)中國(guó) 圖
美國(guó)宇航局11日發(fā)布消息稱，“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器將由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“德?tīng)査?4重型火箭于12日凌晨在佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。該探測(cè)器原計(jì)劃10日發(fā)射，但臨近原定發(fā)射時(shí)間，美國(guó)宇航局還在進(jìn)行故障評(píng)估，發(fā)射時(shí)間數(shù)次推遲，最終錯(cuò)過(guò)了最佳發(fā)射窗口時(shí)間并取消了當(dāng)天的發(fā)射任務(wù)。美國(guó)宇航局并沒(méi)有對(duì)此次任務(wù)的取消做解釋，只是在推特上宣布了這個(gè)消息，并表示發(fā)射日期推遲到11日。
“帕克”太陽(yáng)風(fēng)探測(cè)器任務(wù)由約翰·霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室制造，由美國(guó)宇航局負(fù)責(zé)管理。
據(jù)美國(guó)科技網(wǎng)站The Verge報(bào)道，“帕克”探測(cè)器若成功發(fā)射并抵達(dá)工作軌道，其“逐日之旅”將創(chuàng)造三項(xiàng)人造航天器歷史。
一是“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器將成為人類有史以來(lái)飛行速度最快的航天器。由于探測(cè)器需要抵抗地球太陽(yáng)之間的引力，借用金星的引力，逐漸接近太陽(yáng)。科學(xué)家將航天器的速度提升至最高速度達(dá)每小時(shí)50萬(wàn)英里（約為80.46萬(wàn)千米），相當(dāng)于只需不到一分鐘的時(shí)間可從芝加哥到北京。
在“帕克”太陽(yáng)探測(cè)器發(fā)射成功之前，世界上飛行速度最快的航天器是“新視野”號(hào)冥王星探測(cè)器。
展開(kāi) 航天器天線模態(tài)測(cè)試
[圖片]
通過(guò)仿真降低航天器上的靜電放電風(fēng)險(xiǎn)
在太空中，沒(méi)有保護(hù)航天器免受輻射的大氣層。輻射產(chǎn)生的電荷無(wú)法消散，因?yàn)?em>航天器沒(méi)有接地。因此，航天器設(shè)計(jì)必須適當(dāng)?shù)販p輕航天器表面和內(nèi)部組件的電荷積累和耗散。
圖 1：人類太空艙在地球靜止軌道 (GEO) 環(huán)境中的 EMA3D Charge 充電模擬
當(dāng)電荷積累時(shí)，它會(huì)感應(yīng)電場(chǎng)。電場(chǎng)的強(qiáng)度可能超過(guò)空氣、塑料或電介質(zhì)的擊穿極限并導(dǎo)致靜電放電 (ESD)。放電造成的損害可能導(dǎo)致任務(wù)完全失敗。
ADEOS-II——一項(xiàng)耗資 5.67 億美元的任務(wù)——于 2003 年 10 月因太陽(yáng)能電池陣列中的電弧危害而失敗。而這次失敗并非孤立事件。大約50%的空間環(huán)境航天器異常是由航天器充電效應(yīng)引起的。1
圖 2：航天器充電中涉及的物理過(guò)程的概念圖。
NASA 和 ESA 制定了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以先發(fā)制人地緩解這些航天器充電問(wèn)題。對(duì)于私營(yíng)部門而言，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)可能既昂貴又耗時(shí)。突破設(shè)計(jì)極限需要精確的充電仿真工具，例如 Ansys EMA3D Charge。
表面充電
圖 4：上圖是人類太空艙表面充電模擬的結(jié)果。在航天器周圍的 3D 時(shí)域中監(jiān)測(cè)電場(chǎng)。下面是太陽(yáng)光照對(duì)月球著陸器高分辨率網(wǎng)格的影響。
表面充電來(lái)自材料對(duì)外部輻射的反應(yīng)，例如環(huán)境帶電粒子、光照明和摩擦起電。材料對(duì)充電效應(yīng)的響應(yīng)取決于材料的特性。產(chǎn)生的光電子、二次電子、背散射電子和質(zhì)子誘導(dǎo)電子與電場(chǎng)相互作用形成等離子體鞘層。在某些航天器軌道環(huán)境中，等離子體的表面電勢(shì)可能超過(guò) 10 kV。通過(guò)求解電荷平衡，EMA3D Charge 提供了分析航天器表面電荷的方法。
在前往月球的途中，航天器將根據(jù)其轉(zhuǎn)移軌道遇到不同規(guī)模的表面充電效應(yīng)。地球靜止軌道 (GEO)、低地球軌道 (LEO)、極地軌道、極光軌道和月球軌道都將具有設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中定義的不同等離子體環(huán)境。
展開(kāi) 載人登月航天器推進(jìn)系統(tǒng)方案選擇分析
摘要:載人登月航天器完成近月制動(dòng)和著陸下降等空間任務(wù)，需要裝載大量推進(jìn)劑，推進(jìn)系統(tǒng)方案選擇是航天器總體方案設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要組成部分。建立了推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵組件設(shè)計(jì)仿真模型，仿真分析了推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量和干重系數(shù)隨推進(jìn)劑裝載量的變化規(guī)律，并對(duì)比了20 t級(jí)載人登月航天器擠壓和泵壓推進(jìn)系統(tǒng)方案。結(jié)果表明:推進(jìn)系統(tǒng)方案質(zhì)量與推進(jìn)劑裝載量有關(guān)，推進(jìn)劑裝載量越大，泵壓推進(jìn)系統(tǒng)輕量化優(yōu)勢(shì)越大，主要由泵壓系統(tǒng)貯箱質(zhì)量較輕導(dǎo)致；球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱封頭直徑的技術(shù)途徑，橢球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱圓柱段長(zhǎng)度的技術(shù)途徑；對(duì)20 t級(jí)載人登月航天器算例進(jìn)行仿真分析表明，從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輕量化角度出發(fā)，宜選用泵壓推進(jìn)系統(tǒng)方案。
關(guān)鍵詞:載人月球探測(cè)；航天器；推進(jìn)系統(tǒng)；仿真分析
1 引言
推進(jìn)系統(tǒng)是航天器的重要組成部分，為航天器軌道機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制提供推力和控制力矩。隨著空間探測(cè)任務(wù)的日益廣泛，推進(jìn)系統(tǒng)在航天器中的作用以及質(zhì)量占比越來(lái)越大，推進(jìn)系統(tǒng)方案和性能的優(yōu)劣顯著影響航天器設(shè)計(jì)水平和任務(wù)效益[1-3]。航天器通常選用空間應(yīng)用成熟度高的液體推進(jìn)系統(tǒng)，液體推進(jìn)系統(tǒng)按照推進(jìn)劑輸送方式主要分為擠壓推進(jìn)系統(tǒng)和泵壓推進(jìn)系統(tǒng)，擠壓推進(jìn)系統(tǒng)方案因其系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠的突出特點(diǎn)在航天器中應(yīng)用最廣泛[4-8]。
在載人月球探測(cè)任務(wù)中，航天器為運(yùn)送航天員和載荷逃逸出地球完成月球探測(cè)和返回，需要裝載大量推進(jìn)劑為探測(cè)任務(wù)提供需要的速度增量。推進(jìn)系統(tǒng)方案選擇需要考慮技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)性能、輕量化、可靠性和安全性等因素[9-14]。本文從推進(jìn)系統(tǒng)輕量化角度出發(fā)，建立推進(jìn)系統(tǒng)關(guān)鍵組件設(shè)計(jì)仿真模型，研究分析航天器擠壓和泵壓推進(jìn)系統(tǒng)質(zhì)量變化規(guī)律、關(guān)鍵影響因素及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為載人月球探測(cè)航天器推進(jìn)系統(tǒng)方案選擇提供支撐。
展開(kāi) 基于Femap的TMG航天器軌道建模
TMG的航天器軌道建模和在軌熱分析是一個(gè)非常有意思，功能又非常強(qiáng)大的工具。可以模擬軌道上太陽(yáng)輻射熱等，以及設(shè)計(jì)飛行軌道。
附上一個(gè)簡(jiǎn)單的教程與案例
Femap TMG Orbit Modeling軌道建模.rar
藍(lán)箭航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器試車成功
希望通過(guò)向市場(chǎng)推出高性價(jià)比、安全可靠的運(yùn)載火箭產(chǎn)品，成為中國(guó)航天的有益補(bǔ)充。
近年來(lái)，開(kāi)發(fā)區(qū)民營(yíng)航天企業(yè)發(fā)展迅猛，創(chuàng)造了不少引人注目的成績(jī)，先后共執(zhí)行了5次火箭發(fā)射任務(wù)，目前，開(kāi)發(fā)區(qū)聚集了知名的星際榮耀、零壹空間和藍(lán)箭航天等民營(yíng)航天企業(yè)，僅火箭類公司總數(shù)就達(dá)到8個(gè)之多。下一步，開(kāi)發(fā)區(qū)還將發(fā)揮眾多企業(yè)、前沿創(chuàng)新中心、企業(yè)研究中心等豐富資源，結(jié)合航空航天工業(yè)知識(shí)與技術(shù)密集和附加產(chǎn)值高的特點(diǎn)，引薦合作方與航天項(xiàng)目企業(yè)對(duì)接合作，形成上游是研發(fā)設(shè)計(jì)、中游是生產(chǎn)制造、下游是航空航天應(yīng)用和市場(chǎng)服務(wù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。
來(lái)源：北京商報(bào)
展開(kāi) 基于SiPESC平臺(tái)航天器性能優(yōu)化研究
研究背景及意義
在航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，設(shè)計(jì)變量多，約束條件苛刻，對(duì)重量、安全性、可靠性有著嚴(yán)格的要求，因此該領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)優(yōu)化需求十分緊迫。追求輕量化與高可靠性成為航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。
遙感衛(wèi)星適配器優(yōu)化設(shè)計(jì)
遙感衛(wèi)星在工作中的問(wèn)題
衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)會(huì)因受熱不均帶來(lái)結(jié)構(gòu)變形，對(duì)于衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)工作帶來(lái)很大影響，近些年由于對(duì)于拍攝精度要求發(fā)展的高分辨率遙感衛(wèi)星，幾微米的變形會(huì)帶來(lái)數(shù)米的觀測(cè)誤差，控制結(jié)構(gòu)熱變形是航天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。
優(yōu)化思想
用衛(wèi)星底座與照相機(jī)連接點(diǎn)的平面偏離作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，考慮衛(wèi)星底座溫度場(chǎng)帶來(lái)的結(jié)構(gòu)位移。降低熱變形造成的平面度誤差作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)區(qū)域選擇衛(wèi)星底座與照相機(jī)連接的適配器結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 一分鐘讀懂航天器供電系統(tǒng)及實(shí)時(shí)仿真解決方案
圖3.1 功率硬件在環(huán)仿真框圖
功率硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的照片如下圖所示，下圖左上方的白色機(jī)箱是實(shí)時(shí)仿真器，它的MCU上實(shí)時(shí)運(yùn)行著航天器主電路的數(shù)學(xué)模型；下方的機(jī)箱是功率接口（北京博電自主開(kāi)發(fā)的PI系列模塊化功率平臺(tái)），右方是替代航天器負(fù)載模型的實(shí)際負(fù)載，它隨著航天器在太空的運(yùn)行狀態(tài)而時(shí)刻改變。實(shí)時(shí)仿真器和實(shí)際負(fù)載通過(guò)功率IO物理互聯(lián)。
圖3.2 航天器電力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真實(shí)物圖
航天器電力系統(tǒng)功率硬件在環(huán)仿真結(jié)果
下圖4.1示波器圖形是采集到的輸入航天器負(fù)載的電流波形，可以看到在航天器負(fù)載變化的情況下，流入負(fù)載真實(shí)電流的情況，該波形與離線仿真波形相吻合。
圖4.1 硬件在環(huán)仿真結(jié)果（輸入電流波形）
下圖4.2示波器圖形是采集到的輸入航天器負(fù)載兩端的電壓波形，可以看到在航天器負(fù)載根據(jù)用戶指定負(fù)載的功率曲線變化的情況下，電源系統(tǒng)控制器算法發(fā)揮作用，使得電壓保持在一定范圍以內(nèi)波動(dòng)。對(duì)比離線仿真結(jié)果，離線仿真結(jié)果過(guò)于理想化，該波形更接近真實(shí)情況。
展開(kāi) 基于HyperWorks的航天器整流罩結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化
建立了某航天器整流罩有限元計(jì)算模型，分析了殼體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性；采用OptiStruct優(yōu)化技術(shù)對(duì)整流罩殼體進(jìn)行尺寸優(yōu)化，給出了最優(yōu)結(jié)構(gòu)尺寸，縮短了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)間，優(yōu)化后的整流罩結(jié)構(gòu)滿足整體強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。
程昌_基于HyperWorks的航天器整流罩結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化.pdf
