国外空间磁场耦合式近场无线能量传输技术发展分析

磁场耦合式近场无线能量传输具有高效率、非接触、无金属触点裸露等优点,对于解决空间非接触供电具有重要应用前景。为了推进空间磁场耦合式近场无线能量传输相关技术的研发和成果转化,文章重点梳理了国外在空间磁场耦合式近场无线能量传输技术的发展路线图,调研近十五年来已经开展的演示验证或技术示范项目,分析国外关键技术方案及指标,提出航天器内设备间厘米级范围内优先采用感应耦合式无线能量传输、航天器间几十厘米到米级范围优先采用谐振耦合式无线能量传输、传输功率需提升至千瓦级以上、传输效率优于85%的发展建议,为未来发展空间磁场耦合式近场无线能量传输技术提供指导。     

航天器大功率天线部件的微放电试验方法

微放电效应是制约航天器系统功率容量的重要因素,为了精确获得微波产品的微放电性能,有必要提高微放电测试方法的性能.研究了不同天线馈源产品的微放电测试需求,提出了两种典型的辐射式微放电测试架构.这两种测试的典型构架分别为采用透波真空系统方式和采用非透波真空系统与大功率真空吸波箱相结合的实现方式.透波真空系统的微放电测试系统保证了真空测试环境,以常压环境大型吸波暗室作为功率吸收载体,保证了更高的功率吸收、更好的散热和驻波性能,适用于尺寸小的天线产品;非透波真空系统的微放电试验系统在常规的非透波真空罐中实现,不受透波真空系统尺寸限制,实现了大型天线的微放电测试.这两种微放电试验方法性能良好,覆盖了各种尺寸天线的微放电性能测试需求,顺利完成西安分院多型号天线微放电试验任务,包括国内首例大尺寸天线的微放电试验,获得了良好的效果,有力提升了我国航天器的设计研制和试验验证能力.     

Electrostatic Structure of the Electron Phase-space Holes Generated by the Electron Two-stream Instability with a Finite Width

Space satellite observations in an electron phase-space hole (electron hole) have shown that bipolar structures are discovered at the parallel cut of parallel electric field, while unipolar structures spring from the parallel cut of perpendicular electric field. Particle-in-cell (PIC) simulations have demonstrated that the electron bi-stream instability induces several electron holes during its nonlinear evolution. However, how the unipolar structure of the parallel cut of the perpendicular electric field formed in these electron holes is still an unsolved problem, especially in a strongly magnetized plasma (Ω_e > ω_pe, where Ω_e is defined as electron gyrofrequency and ω_pe is defined as plasma frequency, respectively). In this paper, with two-dimensional (2D) electrostatic PIC simulations, the evolution of the electron two-stream instability with a finite width in strongly magnetized plasma is investigated. Initially, those conditions lead to monochromatic electrostatic waves, and these waves coalesce with each other during their nonlinear evolution. At last, a solitary electrostatic structure is formed. In such an electron hole, a bipolar structure is formed in the parallel cut of parallel electric field, while a unipolar structure presents in the parallel cut of perpendicular electric field.

     

在轨任务规划的新型开发方法

作为未来航天器智能化的发展方向,在轨任务规划的实现是一项涉及多个领域知识的复杂软件工程问题,需要与之匹配的先进开发方法。本文基于动态语言和嵌入式操作系统,提出了一种在轨任务规划的开发方法;从需求出发,调研了一组适用于在轨任务规划应用的开源基础库,涉及航天器任务规划、地理信息数据库、地图投影、坐标变换、几何拓扑关系求解、线性规划等多个方面;将这些领域的典型开源库作为中间件移植到高性能星载计算机和嵌入式操作系统上,并进行了功能测试。本文的工作能给后续在轨任务规划系统的设计和实现提供启发和帮助。     

非接触式低无源互调温箱穿仓接口技术

高低温循环状态下的无源互调（passive intermodulation, PIM）检测是全面评估航天微波产品PIM性能的必要手段,传统的温箱穿仓波导连接方式在温循PIM检测中时常出现因应力、温变等因素导致检测系统残余PIM恶化的问题,严重影响检测灵敏度和检测效率。针对此,提出一种非接触式低PIM温箱穿仓接口技术。在温箱穿仓部位利用非接触电磁屏蔽原理构建非接触式端口,避免了不良电接触,以实现温箱内外快速稳定的低PIM电连接。理论分析了其中非接触结构的PIM抑制特性,针对Ku频段应用设计研制了温箱穿仓接口并开展了实验验证,实测在长时间温循状态下系统3阶残余PIM＜-140dBm@2×100W,获得了稳定的低残余PIM特性,大幅提升了PIM检测性能和检测效率,可广泛推广于各类PIM检测系统应用中。     

空间等离子体磁场重联过程地面实验装置及实验研究概述

磁场重联是空间等离子体环境中的重要物理过程。对磁场重联进行深入研究,于空间灾害预报以及各种空间探测活动而言都有重要意义。文章首先回顾磁场重联研究史中的几个重要模型;然后介绍国际上进行磁场重联地面实验的主要等离子体装置及有关实验研究;最后介绍国内磁场重联实验研究的现状,重点介绍中国科学技术大学的KLMP装置和最新实验结果,以及在建中的KRX等离子体装置。地面实验作为磁场重联的重要研究手段,还需要拓展装置尺寸及对不同条件下重联特征的研究。     

超声压气机叶型设计方法

在设计超声叶型时,为使得叶栅进口马赫数和气流角等于给定值,提出一种新的叶型参数化方法。该方法以经典唯一进气角计算方法为基础,将超声叶栅的唯一进气角和叶型几何形状关联起来,由进口马赫数和气流角确定吸力面进口段叶型;根据喉部面积、前后缘小圆半径、最大挠度和最大厚度等特征参数确定其他部分叶型。用此参数化方法设计了6个超声叶型,并用Fluent对设计结果进行了验证。结果表明,来流马赫数及进气角的设计值与Fluent求解结果基本一致,进气角最大误差仅为0.7°,进口马赫数最大误差仅为0.01;并且实现了多激波增压和减小激波损失等效果。     

基于区域划分的星间流量均衡路由算法

将在轨运行阶段产生的大量数据尽快回传到地面信关站是提高低轨卫星网络服务能力的关键.由于地缘政治等因素,我国在海外信关站的部署受到很大限制,导致回传的流量会过度集中于某些链路,容易引起局部网络的过载甚至发生拥塞.针对此问题,提出了一种基于区域划分的流量均衡路由算法,本算法根据卫星与信关站的相对位置对星间流量进行区域划分,...     

湿热老化后碳纤维复合材料层间剪切强度实验方法对比研究

通过短梁法和双切口法研究湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响,讨论两者吸湿规律随老化时间的变化关系,并对试件断口形貌进行分析。结果表明:两种试件吸湿规律均符合Fick第二定律,但两者平衡吸湿率和吸湿时间有所差别,双切口法试件的吸湿速率和平衡吸湿率均比短梁法试件高;双切口试件所测层间剪切强度受湿热老化影响比短梁明显,短梁试件每隔500 h层间剪切强度保持率为74.5%,61.0%,53.2%,50.6%,双切口每隔500 h层间剪切强度保持率为60.9%,38.3%,42.6%,33.0%;短梁试件失效模式随着湿热老化时间的增长变化比双切口更为复杂。     

基于感应耦合式无线能量传输的 微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。