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基于幂加权最小二乘拟合的红外相机辐射定标方法

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光子学报 2024年第4期53卷 171-186页

作者：金占雷晋利兵张九双徐丽娜鲍云飞李岩北京空间机电研究所北京100094

分析了现有线性度计算方法的不足,提出基于偏差/测量值的新线性度评价方式,通过该方式最小二乘拟合的低端温度偏差比高端大一个数量级,并采用加权拟合提高系统响应线性度。在分析不同光谱的温度和辐亮度拟合函数基础上,提出一种基于辐... 详细信息

分析了现有线性度计算方法的不足,提出基于偏差/测量值的新线性度评价方式,通过该方式最小二乘拟合的低端温度偏差比高端大一个数量级,并采用加权拟合提高系统响应线性度。在分析不同光谱的温度和辐亮度拟合函数基础上,提出一种基于辐亮度倒数幂加权最小二乘线性拟合的地面和星上辐射定标方法,确认最佳权重幂次,建立了幂次n=1的加权最小二乘拟合外黑体线性定标方程、内黑体线性定标方程、内外黑体辐亮度转换模型。针对星上内黑体高精度两点定标建立了基于加权最小二乘拟合内外黑体辐亮度转换模型;针对星上黑体发射率退化提出了基于恒星定标的红外相机星上内黑体辐亮度定标修正方法,建立了外黑体辐亮度、内黑体辐亮度和恒星辐亮度转换模型。采用加权线性拟合后,积分时间10 ms的低温端外黑体反演偏差由1.63 K下降到0.52 K,内黑体偏差反演温度偏差由0.83 K下降到0.39 K,系统响应线性度明显提升。

关键词：红外遥感辐射定标线性度幂加权最小二乘拟合

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高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法

红外与激光工程 2024年第5期53卷 95-104页

作者：李凌张家福陶鑫于宗伟李梦旭王任远陈西崔程光王向东北京空间机电研究所北京100094

为了实现应用于高能激光等领域对表面洁净度有着极高要求的超光滑非球面检测,排除检测人员带来的洁净度与空气扰动的影响,研究了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法。通过建立补偿干涉法非球面失调量与波前像差之间的灵敏度矩阵... 详细信息

为了实现应用于高能激光等领域对表面洁净度有着极高要求的超光滑非球面检测,排除检测人员带来的洁净度与空气扰动的影响,研究了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测方法。通过建立补偿干涉法非球面失调量与波前像差之间的灵敏度矩阵,实现利用波前像差求解被测非球面失调量。以理想干涉系统的离焦、彗差与像散为优化目标,进行反馈控制,实现被测非球面的自动化调整,进而实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。实验结果表明,在干涉图可测范围内,利用灵敏度矩阵通过几步迭代即可实现非球面失调量的收敛。结合Stewart六自由度调整台,分别实现2μm精度的平移误差调整、2"精度的光轴自动化对准,最终完成被测非球面的精密调整,实现高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。采用灵敏度矩阵与六自由度调整的非球面自动化干涉检测方法可实现被测非球面失调量的快速求解与自动调整,降低人员和环境带来的扰动影响,提高了非球面的检测速度,并实现了高洁净度超光滑非球面的自动化干涉检测。

关键词：干涉检测补偿法灵敏度矩阵非球面 Stewart平台六自由度调整

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载人驻月基地建造设想及关键技术展望

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1-6页

作者：张笃周黄震王平赵毓中国空间技术研究院北京100094 北京空间飞行器总体设计部北京100094

面向人类在月面实现中长期驻留需求,针对月面建造技术在载人驻月基地的应用问题,调研分析了国内外月壤成型、黏结等相关技术发展情况.以21世纪中叶为目标,分别从战略、工程、科学和经济层面提出了月球开发与利用的愿景.根据愿景给出了... 详细信息

面向人类在月面实现中长期驻留需求,针对月面建造技术在载人驻月基地的应用问题,调研分析了国内外月壤成型、黏结等相关技术发展情况.以21世纪中叶为目标,分别从战略、工程、科学和经济层面提出了月球开发与利用的愿景.根据愿景给出了载人驻月基地的总体部署规划和建设阶段划分,并分析了选址验证、统筹建设和长期驻留各阶段月面建造任务.从居住、能源、移动、生态、生产和着陆平台等功能设施的角度梳理了驻月基地建造对月面建造领域关键技术的需求,并详细列举了典型任务场景和指标.最后对驻月基地建造相关技术发展进行了展望.

关键词：载人月球探测驻月基地月面建造任务规划需求分析

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太阳系边际探测任务辐射效应综合分析

宇航学报 2024年第2期45卷 295-302页

作者：王颖张熇任德鹏韩承志刘飞标田百义李衍存北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对太阳系边际探测任务中面临的强辐射问题,在太阳系边际鼻尖和尾部两次探测任务中,系统分析了探测器飞行过程中涉及到的空间辐射环境,包括地球辐射环境、太阳宇宙线辐射环境、银河宇宙线辐射环境、木星辐射环境和海王星辐射环境及模... 详细信息

针对太阳系边际探测任务中面临的强辐射问题,在太阳系边际鼻尖和尾部两次探测任务中,系统分析了探测器飞行过程中涉及到的空间辐射环境,包括地球辐射环境、太阳宇宙线辐射环境、银河宇宙线辐射环境、木星辐射环境和海王星辐射环境及模型特点。采用模型仿真给出了屏蔽厚度与辐射剂量关系曲线,结合国外探测数据获得了两次任务遭受的辐射总剂量,估算结果可支持在屏蔽重量代价和探测器抗辐射能力之间进行优化选择。针对空间核电源辐射特性,提出了适用于工程应用的核电源辐射效应分析方法。结合探测任务特点和工程可实现性,对各类辐射效应的综合影响提出了系统级防护策略,为太阳系边际探测的方案设计和任务实施提供了技术支持和参考。

关键词：太阳系边际探测辐射效应综合分析

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基于综合变轨的高轨远程自主交会规划方法

系统工程与电子技术 2024年第7期46卷 2475-2480页

作者：徐广德何晶晶北京空间飞行器总体设计部北京100094

基于近圆偏差线性方程研究了高轨远程交会问题,基于面内三脉冲变轨策略建立了双层非线性规划模型。外层采用粒子群算法对第1个和第2个脉冲纬度幅角进行寻优,对传统固定在远地点或近地点的方法进行改进。在确定第1个和第2个脉冲纬度幅角... 详细信息

基于近圆偏差线性方程研究了高轨远程交会问题,基于面内三脉冲变轨策略建立了双层非线性规划模型。外层采用粒子群算法对第1个和第2个脉冲纬度幅角进行寻优,对传统固定在远地点或近地点的方法进行改进。在确定第1个和第2个脉冲纬度幅角后,内层采用近圆偏差线性方程,快速迭代求解第3个脉冲纬度幅角和3次脉冲的速度增量。仿真结果表明,所提规划方法可用更小的燃料代价在指定时间内到达指定的变轨终端,具有工程应用价值。

关键词：高轨远程交会自主规划近圆偏差线性方程

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月球大椭圆太阳同步测控回归冻结轨道设计

航空学报 2024年第18期45卷 205-220页

作者：孟占峰北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对我国嫦娥六号月背采样返回任务中继通信的需求,提出了一种全新的月球大椭圆太阳同步测控回归冻结轨道类型及其相应的设计方法。采用von Zeipel正则变换方法,建立了考虑地球三体引力1阶、2阶项和月球J2项的大椭圆环月轨道的平均运动... 详细信息

针对我国嫦娥六号月背采样返回任务中继通信的需求,提出了一种全新的月球大椭圆太阳同步测控回归冻结轨道类型及其相应的设计方法。采用von Zeipel正则变换方法,建立了考虑地球三体引力1阶、2阶项和月球J2项的大椭圆环月轨道的平均运动方程。基于平均运动方程,给出了冻结轨道所需满足的条件和相应的约束方程。在冻结轨道的基础上,进一步提出了太阳同步冻结轨道的条件,揭示了其针对月背采样返回任务可长期稳定保持和指定采样点的光照条件的独特优点,并解决了中继卫星轨道与嫦娥六号多窗口发射匹配的难题;在近地轨道节点周期概念的基础上,提出了月球轨道的测控回归概念,并建立了相应的约束方程,实现了使命轨道周期与测控条件重复周期的共振,进而长期保持稳定的测控条件。以嫦娥六号中继使命轨道设计为背景,给出了同时满足冻结、太阳同步和测控回归这3个条件的月球大椭圆中继轨道设计流程和设计结果。利用真实全摄动模型对轨道设计结果进行了仿真验证,结果表明:所给出的中继轨道参数冻结良好,与太阳同步稳定,测控回归精度高,可以完全满足嫦娥六号月背中继任务要求。

关键词：冻结轨道太阳同步测控回归轨道设计中继卫星

高导热沥青基碳纤维复合材料在航天器中的应用现状及展望

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材料导报 2024年第1期38卷 212-219页

作者：杨强刘洪新何端鹏陈海峰陈维强金晶潘福明北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京卫星制造厂有限公司北京100094 中国空间技术研究院北京100094

随着新一代航天器不断朝着超大型化、微小型化、高效能化方向发展,航天器对轻质高强高模高导热材料的需求日益迫切。相比传统的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,高导热沥青基碳纤维具有超高的热导率、更高的拉伸模量以及更低的热膨胀系数,是实现... 详细信息

随着新一代航天器不断朝着超大型化、微小型化、高效能化方向发展,航天器对轻质高强高模高导热材料的需求日益迫切。相比传统的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维,高导热沥青基碳纤维具有超高的热导率、更高的拉伸模量以及更低的热膨胀系数,是实现承载/传热/热尺寸稳定性功能一体化的理想材料,在航天领域得到了重要应用并展现出巨大应用前景。本文介绍了高导热沥青基碳纤维及其复合材料的性能特点、发展现状以及在航天器中的应用现状,重点从航天器热管理结构、热防护结构、高尺寸稳定性结构、多功能结构、电子设备外壳等方面综述了其应用现状,最后对高导热沥青基碳纤维复合材料的发展及应用前景进行了展望。

关键词：高导热高模量沥青基碳纤维热管理高尺寸稳定性多功能结构

考虑非概率不确定性的复合材料壁板颤振可靠性优化方法

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振动工程学报 2024年第2期37卷 267-275页

作者：郑宇宁王一凡王淑玉刘晓华杨鑫鑫空间物理重点实验室北京100076

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中... 详细信息

不确定因素普遍存在于气动弹性系统的优化设计中,但传统气动弹性优化设计技术并未考虑材料属性、大气环境、几何尺寸等不确定因素,存在最优化目标对设计参数变化敏感,也可能会发生预期之外的颤振失效。基于此,本文通过对传统优化模型中目标函数的鲁棒性处理和对约束条件的可靠性处理,发展了计及可靠性与鲁棒性的区间优化模型,并将该优化模型应用于气动弹性系统的优化设计中。针对超声速气流下的复合材料层合板和蜂窝夹层板结构进行了考虑不确定性的颤振优化设计,在满足颤振约束指标的条件下,实现了结构减重的设计目标。

关键词：颤振复合材料壁板非概率鲁棒性优化设计

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