Superior Low-Temperature Reversible Adhesion Based on Bio-Inspired Microfibrillar Adhesives Fabricated by Phenyl Containing Polydimethylsiloxane Elastomers

Gecko-inspired microfibrillar adhesives have achieved great progress in microstructure design and adhesion improvement over the past two decades. Space applications nowadays show great interest in this material for the characteristics of reversible adhesion and universal van der Waals interactions. However, the impact of harsh environment of space on the performance of microfibrillar adhesives, especially the extreme low temperature, is rarely addressed. Herein, microfibrillar adhesives fabricated by phenyl containing polydimethylsiloxane (p-PDMS) elastomers with superior low-temperature reversible adhesion is proposed. p-PDMS elastomers are synthesized through one-pot anionic ring-opening copolymerization, and the resulting elastomers become non-crystallizable with excellent low-temperature elasticity. Low-temperature adhesion tests demonstrate that the adhesion strength of microfibrillar adhesives fabricated by p-PDMS elastomers can be well maintained to as low as −120 °C. In contrast, the adhesion strength of pure PDMS microfibrillar adhesive reduces more than 50% below its crystallization temperature. The low-temperature cyclic adhesion tests further demonstrate that p-PDMS microfibrillar adhesives exhibit superior reversible adhesion compared to that of PDMS microfibrillar adhesives, owing to the sustainable conformal contact and even distribution of loads over repeated cycles. This study provides a new fabrication strategy for microfibrillar adhesives, and is beneficial for the practical application of microfibrillar adhesives.     

基于结构光的星箭对接环相对位姿测量方法

空间非合作目标位姿测量是空间在轨维护的前提。面向空间机械手对空间载体自动抓捕的应用需求，提出了基于结构光的空间非合作目标视觉测量方法。该方法以双套双线结构光测量装置作为测量传感器，以空间载体上普遍存在的星箭对接环作为抓捕目标。根据对接环的共同特点，选择直线特征和点特征相结合作为相对位姿的求解特征；基于直线特征求解圆环平面法向量，基于点特征求解圆环圆心坐标，进而得到机械手工具坐标系与对接环坐标系间的相对位姿关系；基于多重几何约束实现了不同光照条件下图像上目标直线的鲁棒识别。建立了演示验证实验系统，在大量演示实验的基础上，进行了实验结果分析。     

在轨维修后端模块接口机构的研究

在轨维修可以大大的延长空间科学仪器的使用寿命,节省大量的经济成本。为了实现空间望远镜后端模块的在轨操作和更换,设计了一套与之对应的接口机构,能够解决在轨快速定位与安装。根据321运动学定位准则,详细介绍了该接口机构的内部组成和工作原理;然后把该接口机构与后端模块进行组件级有限元仿真,仿真结果表明一阶模态远高于整机基频可以有效地避免发射时候的共振;设计了一套平面内的工装来模拟后端模块,利用等效质量法对整个机构进行重力卸载;搭建实验平台,利用激光跟踪仪来测量整个后端模块的重复定位安装精度,实验数据表明,X,Y,Z 3个方向的重复平移定位误差分别为±5.58μm,±3.24μm及±3.63μm,优于总体指标±10μm;热实验结果表明整个机构可以完全释放由于温度变化产生的形变,具有很高的热稳定性;使入射光线和靶面的相对位置持续稳定,保证了较高的成像质量。为其他空间在轨维护装置提供强有力的参考价值。     

热控涂层性能在轨测试用辐射计原理样机的设计与仿真

为验证热控涂层性能退化地面模拟试验的有效性,提出了一种利用测热法实现热控涂层在轨测试的辐射计原理样机设计方案.通过对在轨辐射计所接收的外热流进行分析,应用能量守恒原理建立了其测试热控涂层太阳吸收率的数学模型,并在该测试模型的基础上设计辐射计的测热和隔热结构.利用ANSYS软件对辐射计结构的关键组成部分进行了热仿真,并在恒温测试环境下利用辐射计对SR107热控涂层进行了原理验证试验,试验测得的SR107热控涂层太阳吸收率值与该涂层的标定值差别在3%以内,通过分析计算辐射计具有4.2%的测试不确定度.仿真和试验结果表明:辐射计原理样机的设计满足热控涂层性能在轨测试的要求.     

基于干扰观测器的无人机在轨姿态控制系统设计

针对无人机在轨姿态控制系统误差较大的问题,提出基于干扰观测器的无人机在轨姿态控制系统设计.选择 STK５３F４０６V 作为微处理器的芯片,存储器选用 AY５４GN１７８M 芯片,通过 TIM 时钟输入捕获命令进行脉冲调制信号的采集与存储.系统软件采用干扰观测器来分析无人机姿态控制中的干扰频域,从干扰的种类、精度、动态性能和飞行模式等方面对系统进行正弦波的干扰分析,将扰动与系统的控制参数控制在同一个范围内,实现对飞行状态的修正和扰动频率的正确估计.实验结果表明,基于干扰观测器的无人机姿态控制系统的抗干扰性强,耗时较短,控制性能较好.     

空间在轨服务技术进展

为解决当前在轨系统面临的诸多难题,对国内外空间在轨服务技术进展进行研究。介绍在轨服务技术的发展背景及发展意义,分析人工在轨服务技术现状和自主式在轨服务技术进展。结果表明:在轨服务技术能有效地延长在轨航天器的寿命,提升其性能;基于OSV技术的自主式在轨服务已成为发展低成本、高可靠空间维护和服务技术的必然选项,下一步将向智能化自主式方向发展。     

卫星在轨自维护地面平台自主操作

提出了一种应用于卫星在轨自维护平台的视觉自主操作策略,阐述了标定、识别、定位及视觉伺服等关键内容。针对太空中变化强烈的光照环境,采用合作目标的方式对物体进行识别,并对识别算法进行了特别的设计以适用于卫星有限的计算能力。为了提高合作目标三维空间定位的精度,采用了一种合作目标亚像素精度定位的方法,为视觉伺服进行精确的操作奠定了基础。实验结果证明了此视觉自主操作策略的可行性。     

在轨服务飞行器机械臂系统动力学模型

将带机械臂的在轨服务飞行器(on-orbit service vehicle,OSV)等效为自由漂浮空间机械臂(free-flying space manipulator,FSM)系统,建立系统简化动力学模型。以单臂二关节机械臂平面运动为算例,分析了机械臂运动对OSV整体姿态的影响。该动力学模型既可用于分析OSV机械臂系统的运动规律,又可用于研究机械臂系统的运动规划问题。     

干涉型成像光谱仪在轨辐射定标技术应用

为提高干涉型成像光谱仪空间目标测量精度,降低传感器中各个探测元响应度差异,提升成像光谱仪在轨辐亮度测量准确性。提出了一种基于定标场反射率测量参数结合计算程序仿真与成像仪在轨测量数据比对的空间定标方法。首先在介绍高光谱定标概念的基础上,提出了不同光谱响应函数、不同场地条件下的高精度入瞳亮度计算方法;其次对干涉型成像光谱仪进行在轨相对辐射修正,校正传感器中各探测元相应度差异,利用反射率基法开展了在轨绝对辐射定标试验,针对可见光、近红外波段建立在轨辐射定标计算模型。解决了包括多种反射率场地、高精度测试区域指示的试验方案优化设计问题,实现了星载高分辨率干涉型成像光谱仪的在轨高精度定标。研究结果表明,采用该定标技术使成像光谱仪的在轨测量精度达到5%。此外,定标场地环境条件对模型计算精度有一定影响,大面积均匀场适合采用反射率基法,小面积均匀场则引入邻近像元效应进行计算,通过布设人工指示目标,可提高反射率测量数据的准确性。所采用的定标技术已获得工程应用。     

FY-4A多通道扫描辐射成像仪评价与图像合成

风云四号卫星发射后,开展了卫星在轨评价工作.采用刃边法对太阳反射通道进行在轨MTF评价,结果表明,多通道扫描辐射成像仪各反射通道在轨MTF分别达到了0.14、0.17和0.22以上,符合仪器指标要求;利用面源黑体对红外通道噪声进行评价,结果表明多通道扫描辐射成像仪性能稳定,噪声大小只与辐冷温度有关,目标温度300 K时主要红外通道噪声优于0.2 K,最优通道达到了0.06 K;为准确检验红外定标精度,采用GSICS方法对红外通道业务定标结果进行检验,GSICS检验显示定标精度优于1 K,最优通道达到了0.3 K@290 K.为充分发挥多通道扫描辐射成像仪多通道联合应用效能,根据多通道扫描辐射成像仪反射通道的响应特点,在没有符合人眼红绿蓝响应通道的情况下,提出了新的真彩色图像合成方法,生成了符合人眼效果的真彩色明显.