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航天器自组网技术实践与展望

航空学报 2024年第5期45卷 117-127页

作者：苏继东徐伟琳翟盛华王伟何亚婷中国空间技术研究院西安分院载荷总体部西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间通信与导航技术研究所西安710100 中国空间技术研究院西安分院空间天线技术研究所西安710100

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果... 详细信息

空间自组网技术的研究对提升航天器编队空间拓扑适应能力、星间链路可靠性和卫星网络故障容错能力具有重要的意义。随着航天任务对星群规模和多星协同能力的要求越来越高,科研工作者对航天器自组网技术进行了深入研究,并取得了显著成果。主要梳理了航天器组网任务的拓扑构型、链路特点、轨道构型,分析了航天器组网的特点与发展趋势。同时介绍了应用于航天器自组网领域的基于节点拓扑规划的时频同步测量技术、网络多域信息主动认知的组网路由技术、基于相控阵捷变波束指向的自组网通信技术等。最后,思考总结了一些开放性问题及其发展趋势,可为后续从事该方面的研究人员提供参考和借鉴。

关键词：空间自组网拓扑规划时间同步测量多域信息认知捷变波束控制

基于神经网络的复杂前缘飞行器FADS系统冗余设计

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北京航空航天大学学报 2024年第3期50卷 757-764页

作者：周印佳万千徐艺哲齐玢石泳中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094

嵌入式大气数据传感(FADS)系统基于飞行器表面压力测量解算迎角、侧滑角、马赫数、来流动压与静压等飞行参数,能够有效解决探出机体的空速管前缘无法适应高超声速飞行器在巡航阶段所面临的严酷气动加热问题,同时满足飞行器对隐身性能的... 详细信息

嵌入式大气数据传感(FADS)系统基于飞行器表面压力测量解算迎角、侧滑角、马赫数、来流动压与静压等飞行参数,能够有效解决探出机体的空速管前缘无法适应高超声速飞行器在巡航阶段所面临的严酷气动加热问题,同时满足飞行器对隐身性能的需求。目前,关于神经网络方法及FADS系统用于复杂型面前缘飞行器的分析和研究工作较少。针对自主返回的高超声速飞行器在着陆阶段的亚/跨声速条件,考虑薄前缘和进气道部件等影响开展复杂前缘飞行器的头部FADS系统冗余设计和验证。在复杂前缘飞行器头部开设15个测压孔,通过大量精细化数值仿真建立飞行器在不同来流条件下的压力数据库,并利用风洞试验对典型工况进行验证。针对复杂型面前缘飞行器,基于压力数据建立4套神经网络算法并开展冗余设计研究,包括1套9孔算法与3套冗余算法。其中,9孔算法的精度较高,对迎角的解算误差在0.07°以内,对侧滑角的解算误差在0.3°以内,对马赫数的解算误差在0.0012以内,对来流动压与静压的解算相对误差均在1.5%以内。此外,建立具有一定容错性的系统解算流程,在任意单个测压孔失效的情况下能够继续保持来流参数的有效输出。

关键词：嵌入式大气数据传感系统复杂前缘神经网络数值模拟风洞试验

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准二维钙钛矿中结晶调控与低阈值微纳激光器

材料导报 2024年第12期38卷 22-26页

作者：高华兴张红旗李璇中国空间技术研究院北京100094

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了... 详细信息

准二维(Q-2D)钙钛矿由于大的激子结合能和量子限域作用,是一种可以应用于光电器件构筑的有前途的材料。然而,Q-2D钙钛矿是具有丰富晶界和界面的多相结构,在能量传递过程中导致非辐射损耗。本工作通过操纵不同n相的结晶动力学过程,实现了Q-2D钙钛矿中更高效的能量传递。通过在Q-2D钙钛矿前驱体中引入钠离子来实现对Q-2D钙钛矿成核和生长过程的操控。研究表明,钠离子的掺入促进高n相的成核,使不同n相在空间上更均匀地分布,寿命的表征证实该操作促进了能量的转移。得益于这种高效的能量传递过程,与普通薄膜体系的光放大阈值(23.3μJ·cm^(-2))相比,掺杂薄膜的光放大阈值降低至14.3μJ·cm^(-2)。该研究提供了一种有效的优化Q-2D钙钛矿光子学性能的新方法,从而进一步拓宽Q-2D钙钛矿的光子学应用范围。

关键词：准二维钙钛矿 Na+掺杂结晶调控能量传递微纳激光器

空间燃料电池金属钛表面复合涂层制备与性能研究

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中国表面工程 2024年第2期37卷 16-26页

作者：马文彬张辉姚伟蒋钊中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 兰州空间技术物理研究所兰州730000

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层... 详细信息

金属Ti因其密度小(仅为不锈钢的0.6倍)和比强度高等特点,是轻量化空间燃料电池金属板材料的首要选择,但其在弱酸性环境中长时间工作容易被腐蚀。为了改善金属Ti双极板耐蚀性,采用多弧离子镀技术在金属Ti表面制备了由Ti过渡层及TiN表层构成的Ti/TiN复合涂层,研究制备工艺参数对Ti/TiN复合涂层微观结构及力学、电化学性能的影响规律。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪分析涂层的相组成,利用纳米压痕仪评价涂层的力学性能,利用电化学工作站评价涂层在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极工作环境下的耐蚀性。结果表明:制备工艺参数优化后的Ti/TiN复合涂层具有优异的表面质量和良好的耐蚀性,腐蚀电流密度为6.383μA/cm^(2),是金属Ti腐蚀电流密度的0.6倍,Ti/TiN复合涂层显著提高了金属Ti的耐蚀性,可为空间燃料电池金属双极板表面改性提供技术支持。

关键词：多弧离子镀 Ti/TiN复合涂层耐腐蚀性能

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地月空间天基时空基准的构建与传递

中国空间科学技术（中英文） 2024年第3期44卷 51-59页

作者：周会超郑晋军王海红毕少筠中国空间技术研究院北京100094

地月空间正在逐渐成为人类太空探索活动的热点区域。高精度时间、空间基准的构建和传递是确保地月空间任务规划与实施的重要基础,既是地球时空基准的体系化拓展,也是提升地月空间时空信息保障水平的重要手段。随着GNSS系统的发展和稳定... 详细信息

地月空间正在逐渐成为人类太空探索活动的热点区域。高精度时间、空间基准的构建和传递是确保地月空间任务规划与实施的重要基础,既是地球时空基准的体系化拓展,也是提升地月空间时空信息保障水平的重要手段。随着GNSS系统的发展和稳定服务,地球区域时空基准设施相对完备。月球区域的导航系统与地球类似,国内外也提出了多种方案,但地月空间还包括地球、月球区域以外的区域,其时空基准实施的构建需要充分考虑空域大、动力学特殊等因素,在高效益实现时空信息服务的同时,将地球和月球的时空基准进行有机衔接。立足当前发展需求,开展了地月空间时空基准架构的设计,并针对地球、月球区域之外地月区域特点,研究并提出基于地月平动点的天基时空基准构建、溯源和传递方案,可支持实现地月空间时空基准信息服务,为地月空间时空基准的一体化构建与发展提供参考。

关键词：地月空间平动点天基时空基准导航

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高开采价值小行星探测目标选择探讨

中国空间科学技术（中英文） 2024年第3期44卷 89-97页

作者：林亲王超姚伟中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094

随着全球金属消费量不断攀升和地球能源日渐紧缺,开发利用小行星资源已成为有效解决矿产资源和能源储备问题的主要探索途径之一。首先根据小行星自身价值、开采利润和成本效益等,从众多小行星中筛选出高开采价值的目标范围;再综合分析... 详细信息

随着全球金属消费量不断攀升和地球能源日渐紧缺,开发利用小行星资源已成为有效解决矿产资源和能源储备问题的主要探索途径之一。首先根据小行星自身价值、开采利润和成本效益等,从众多小行星中筛选出高开采价值的目标范围;再综合分析轨道特性、尺寸大小和自转周期等约束因素对小行星探测可行性的影响,从技术限制角度筛选出未来几十年能实现开采的目标范围;最后,融合高开采价值和特定时间下低技术限制的初选目标,并从发射窗口、目标资源、成本效益和最小速度增量等方面对各目标进行更为详细的比对分析,优选出适合不同时间段探测任务的空间探测对象,从而为未来几十年高开采价值小行星探测目标选择提供参考。

关键词：小行星探测近地小行星目标选择高开采价值成本效益

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高轨海洋水色卫星综合定标与数据应用研究

兵工学报 2024年

作者：陈卓一孙荣阳王福海李铸澎岳荣刚王成伦中国空间技术研究院

高轨海洋观测卫星是监测近海短时间尺度的海洋环境变化和突发灾害的有效手段。聚焦于高轨海洋水色卫星技术的综合定标与数据应用，探讨在轨海洋水色遥感器的技术现状与发展趋势，指出了当前高轨海洋水色卫星在大气校正、辐射定标和传感... 详细信息

高轨海洋观测卫星是监测近海短时间尺度的海洋环境变化和突发灾害的有效手段。聚焦于高轨海洋水色卫星技术的综合定标与数据应用，探讨在轨海洋水色遥感器的技术现状与发展趋势，指出了当前高轨海洋水色卫星在大气校正、辐射定标和传感器稳定性等方面面临的技术挑战。为应对这些挑战，提出一种天地一体化的定标方案，该方案结合地面定标、实验室定标和在轨定标三者的优势，能够在不同阶段和条件下实现对遥感器的高精度校准。通过使用标准的辐射源和精密的测量设备，地面定标可确保在轨传感器的初始精度，而在轨定标则通过持续监测与校正，维持传感器的长期稳定性和数据一致性。研究总结高轨海洋水色卫星技术在未来的发展方向，强调了多源遥感数据融合、智能化定标算法和自主在轨校正技术的重要性。旨在为海洋观测提供更加准确和可靠的数据支持，推动高轨海洋水色卫星技术在环境监测、资源管理和科学研究中的广泛应用。

关键词：高轨海洋水色卫星定标应用

基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法

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中国空间科学技术（中英文） 2024年第3期44卷 69-79页

作者：同钊朱向鹏陈素芳徐连军蒙艳松中国空间技术研究院西安分院西安710000

针对载人登月及无人月球探测后续任务中亟须突破的高精度实时自主导航需求,拥有GNSS自主导航能力具有重大意义,符合未来月球探测任务简便、低代价导航发展趋势。而将地球GNSS导航直接应用到地月空间导航场景所能提供的实时导航能力有限... 详细信息

针对载人登月及无人月球探测后续任务中亟须突破的高精度实时自主导航需求,拥有GNSS自主导航能力具有重大意义,符合未来月球探测任务简便、低代价导航发展趋势。而将地球GNSS导航直接应用到地月空间导航场景所能提供的实时导航能力有限,无法满足高精度导航应用的需求。因此,提出了一种基于地球GNSS和导航增强星的地月空间导航方法,通过仅增加一颗月球空间导航节点,在播发导航信号的同时,分别建立与地球GNSS导航星座和月球用户之间的双向时间同步链路,将钟差与位置误差进行解耦,实现月球用户的高精度实时三维绝对导航。仿真结果表明,该方法能大幅提升月球用户的几何精度因子,可获得优于50m的实时定位精度,具有很强的实用性。

关键词：月球导航 GNSS导航月球导航增强卫星双向时间同步钟差解耦实时高精度

空间高速光通信基带调制信号产生与相位同步方法研究

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电子与信息学报 2024年第9期46卷 3520-3527页

作者：汪滴珠靳一左金钟徐常志梁慧剑苟保卫中国空间技术研究院西安分院西安710100

高速调制基带信号的高质量产生与相位精确同步是实现空间光通信测距的关键技术。传统采用FPGA或数字信号处理器(DSP)与高速数模转换器(DAC)的实现方法,存在相位同步精度低、硬件实现复杂度高等缺点。该文提出一种高速光通信基带信号产... 详细信息

高速调制基带信号的高质量产生与相位精确同步是实现空间光通信测距的关键技术。传统采用FPGA或数字信号处理器(DSP)与高速数模转换器(DAC)的实现方法,存在相位同步精度低、硬件实现复杂度高等缺点。该文提出一种高速光通信基带信号产生与相位同步方法,设计了相位闭环动态控制环路,通过实时调整高速信号发射时钟相位,可实现I,Q高速基带信号相位与外部参考时钟相位的确定性关系。实验结果表明:正交相移键控(QPSK)光调制信号码速率为5 Gbit/s时,相位同步精度小于2 ps,误差矢量幅度(EVM)小于8%;5 Gbit/s光通信速率误码率为10^(–7),接收灵敏度优于–47 dBm,测距精度优于2 mm。与传统方法相比,其灵敏度与测距精度均得到明显改善。

关键词：光通信测距相位同步闭环动态控制误差矢量幅度