深空探测遥感相机支撑结构设计

支撑结构是连接卫星与相机的关键部件,在发射和在轨环绕阶段对相机提供保护和空间应用需求。深空探测器发射阶段的振动载荷高达13 g甚至更高（地球探测为8~9 g）,支撑结构既要克服剧烈振动可能造成的相机结构破坏还要保证光学系统的热稳定,具有较高的设计难度。通过分析不同支座形式的结构特点设计了刚性支座、平动支座两种不同的支座形式,从刚度和热稳定的均衡性出发将两种支座形式进行了组合设计,提出了一个刚性支座+两个平动支座的设计方案。理论分析与实验验证得到:该支撑结构的一阶频率为58 Hz,远高于整星基础频率,温降15℃仿真分析结果显示主镜偏转角为3.66,次镜及三镜相对主镜最大偏转角为7.85,均满足设计要求。振动及热平衡试验表明:相机各项指标正常。     

深空探测概况

本文概述了国外对太阳系各行星的探测情况,介绍了我国的深空探测现状．主要包括对月球和火星的探测情况．最后描述了我国的深空探测规划。     

深空探测雷达及其关键技术分析

深空探测是空间技术的重要内容,深空雷达是进行深空探测的重要设备。文中阐述了深空雷达的类型和在深空探测中的作用及其与深空探测网的关系和区别,研究了美国GSSR深空雷达的结构和特点,讨论了深空雷达进行深空信息提取的主要机理,探讨了构建深空探测雷达的关键技术和发展趋势。     

深空通信系列讲座之一 深空探测概况

本文概述了国外对太阳系各行星的探测情况,介绍了我国的深空探测现状,主要包括对月球和火星的探测情况,最后描述了我国的深空探测规划。     

空间相机桁架式支撑结构的集成优化设计

桁架式支撑结构在大中型离轴三反(TMA)空间相机中使用广泛,如何提高其动力学特性是此类相机研制过程中的关键。针对桁架结构的设计问题,提出了通过集成优化确定桁架结构动力学特性最佳位置的方法,使用实验设计的手段,对影响其动力学特性的各桁架杆位置变量进行了研究,分析了该优化问题解空间的特点;为了实现桁架结构的全局最优设计,以提高支撑结构的一阶自然频率为目标,使用多岛遗传算法(Multi-island GA)进行全局寻优求解。利用有限元分析的方法,得到该桁架经优化后的一阶自然频率107.72 Hz,较未经优化的初始结构(83.45 Hz)提升了29%,效果显著。该研究提出的集成优化模型和分析方法为此类桁架结构的设计提出了新的思路。     

深空探测技术（特约）

深空探测是指对月球以及月球以远的天体或者空间环境开展的探测活动,深空探测领域是我国实现航天强国战略的重要组成部分,也是标志性领域之一。文中概要总结了深空探测60多年来的发展历程,重点介绍了我国深空探测取得的成就和未来发展的趋势,针对我国开展的探月工程和首次火星探测任务,分析了各次任务已取得的技术突破,围绕月球及深空探测后续任务规划,对月球科研站建立、小行星探测、火星取样返回以及木星系探测等任务的关键技术进行了探讨。在此基础上归纳总结了我国深空探测技术的发展路线以及未来需重点研究和攻克的关键技术。     

深空探测与天基测控网络

本文主要介绍了深空探测领域的发展概况,以及建立天基测控网络的必要性、可行性。     

深空地基探测雷达的发展现状与建议

深空地基探测雷达是研究天体物理和深空探测的重要技术途径。文中介绍了它在深空探测研究中的起源和主要应用、国外发展的历史和现状、现存深空地基探测雷达的典型代表及其相应参数、研究成果等;简述了我国目前的能力条件和技术基础;分析了深空地基探测雷达的工作特点和其自身的特殊性,指出了深空地基探测雷达在发展中的一些关键技术和解决途径;最后,阐述了深空地基探测雷达未来的技术发展趋势,并结合目前的能力基础,提出了对我国未来发展深空地基探测雷达的意见或建议。     

分布式地基雷达深空探测技术

地基雷达深空探测可以获得天体的轨道、形貌、材质等信息,可用于深空的科学研究。地基雷达深空探测的回波信噪比极低,需要增大天线口径、提高发射功率,由于口径、体积等方面的因素,单台套雷达天线不能无限制地扩大,发射功率也不能无限制地提高,因此需要研究可扩展性强的雷达体制。分布式雷达是一种由多部单元雷达和中心控制处理系统组成的新体制雷达,通过增加雷达单元数量,可以实现口径的空域扩展和能量合成,等效形成一部大口径、高功率的雷达,结合长时间积累技术,分布式地基雷达将实现更远距离和更高分辨的深空目标探测,看到更加遥远的天体。     

一种应用于深空探测的弱信号探测技术

深空探测对于人类开发利用太空资源、探索宇宙起源具有重要意义。作为深空探测的一个重要组成部分,遥感载荷起着无法替代的作用。由于深空探测作用距离远,导致遥感载荷的信噪比很低,因此如何有效地从弱信号中检测出有用信号是深空探测技术中必需解决的关键技术。根据未来深空探测对低于散粒噪声的超微弱信号探测的需求,基于量子压缩态光场的散粒噪声小于标准量子极限的特点,提出一种基于量子压缩态光场的弱信号探测技术,给出了原理探索实验验证的结果。由于压缩光的量子特性会随着作用距离的增加而衰减,为了更贴近应用,设计了在接收端进行压缩光注入的新型激光雷达载荷方案,并给出了仿真的结果。     

空间微型光学载荷主结构优化设计与试验

针对某微型光学载荷主结构质量过重,地面重力变形过大以及基频太低的问题,提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标,基频、变形为约束条件,建立优化数学模型,并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析,结果表明,优化后主结构质量为12.5 kg,降低了68.71%;基频由优化前的11.18 Hz提高到268.7 Hz;最大变形为0.3 m;光学载荷安装位置随机加速度响应值放大倍率1.2,小于总体指标1.5;最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验、热循环试验,并对试验后的设备进行了性能检测,结果满足总体指标,证明了所设计的主结构具有良好的性能,同时该主结构优化方法有效可行。     

空间相机反射镜SiC/Al 支撑板轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜组件结构刚度、位置精度、面形精度的同时,最大限度地降低反射镜支撑板的质量,是轻量化设计的一个重要内容。提出了通过拓扑优化确定反射镜用SiC/Al 材料的背部支撑板轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明: 重力载荷下面形精度达到/10 PV,/50 RMS（=632.8 nm）,PV 值13.3 nm,RMS 值2.9 nm,反射镜组件一阶固有频率239 Hz,均优于传统结构形式的反射镜。拓扑优化的方法获得的轻量化背部支撑板能够满足使用要求。     

空间信息网络结构抗毁性优化设计

结合空间信息网络体系架构设计需求,提出了一种具有强抗毁性的空间信息网络结构设计方法。分析并选择自然连通度作为网络的抗毁性测度,提出了一种基于自然连通度的空间信息网络结构优化模型,设计了一种具有免疫审查的人工免疫算法并进行模型求解。仿真实验表明,在链路失效模式和节点失效模式下,优化设计的空间网络与典型空间信息系统相比具有更好的网络结构抗毁性与顽健性。     

空间相机碳纤维支撑结构改进及拓扑优化设计

碳纤维复合材料杆件密度小、比刚度高、线胀系数小,因此,碳纤维杆件支撑结构是空间相机框架常用支撑结构.采用螺纹胶接方法对碳纤维复合材料与金属件结构预埋工艺进行了有效的改进,提高了结构固有频率6 Hz左右,有效提高了构件间的连接强度和刚度.采用拓扑优化方法对空间相机支撑结构进行优化设计,并采用有限元分析法对某型空间相机支撑结构优化设计的结果进行检验.结果表明:支撑结构在一阶固有频率提高了9.5%,为相机后续研制工作提供了一定基础.     

空间相机主反射镜结构拓扑优化设计

随着空间光学的发展.遥感器的口径越来越大,分辨率越来越高,这就导致遥感器的主反射镜口径和质量越来越大.主反射镜的设计是否合理,将直接影响遥感器的质量和成像质量.因此采用拓扑优化方法与有限元计算方法相结合,以NASTRAN为有限元解算器,以PATRAN为前处理器,在空间光学遥感器主反射镜外形、栽荷、环境工况确定的情况下,对其结构进行拓扑优化,得到最优结构形式.通过对优化前后结构进行有限元分析,结果表明:优化后的反射镜镜面面形比传统的镜面面形减小或相当,质量减轻32%,动力学性能改善.优化后的主反射镜结构能够满足加工、工艺和装配的技术要求.这种优化与有限元分析技术的结合将为以后的光学反射镜的设计提供有效的帮助.     

空间相机机身桁架结构装配技术

为了提高空间相机机身的结构刚度和稳定性,本文针对机身的装配环节进行了研究,通过制定合理的装配方法和装配工艺,提高了机身的力学性能、减小了装配应力和装配变形,保证了机身结构的刚度和稳定性。文中介绍胶接装配方法及其相对于传统机械连接法的优势,对胶接法的装配精度进行了分析,并进行了装配实验。装配结果表明,胶接法的装配变形可以控制在0.01 mm以内。文中还对胶接装配的接头形式、黏接剂选用、表面处理和胶层厚度等黏接要素进行了分析和试验,制定了合理的胶接工艺保证各黏接要素符合要求。最后对装配后的机身进行了力学和热学试验,释放了装配应力,验证了机身的力学性能。结果证明采用胶接方法并按照装配工艺进行装配,更有利于减少装配应力,提高机身的装配精度和稳定性,符合机身结构的要求。     

空间相机遮光罩的低功耗热设计

空间相机遮光罩的温度波动直接影响附近光学元件的温度波动,而光学元件的热变形将导致光学成像质量的下降。针对一种高分辨率空间相机的遮光罩,提出了几种不同的热控方案并进行了比对分析。首先,介绍了空间相机遮光罩的一般热控措施及效果并分析了影响空间相机遮光罩温度波动的外热流及传导热阻;然后通过仿真分析得到了三种不同热控方案下的温度数据及主动加热功耗数据,经过比对分析后选用了主动加热功耗少、温度波动范围小的热设计方案。最后,通过热平衡试验及在轨数据验证了选用方案的有效性。空间相机遮光罩的在轨温度范围为4.8~9.2℃,次镜温度范围为17.8~17.9℃,与仿真分析结果一致性良好,热设计合理有效,满足任务需求。     

空间碎片多光谱探测相机光学系统设计

为了实现对空间碎片探测,提出了一种空间碎片多光谱探测相机光学系统,由可见光相机、长波红外相机、中波红外相机光学系统组成,三个相机共用主、次镜,在三路相机光学系统中同时加入校正组件平衡校正像差,可见光相机焦距为1000mm,视场为1.2,长波红外相机焦距为-250mm,视场为2.75,中波红外相机焦距为-500mm,视场为1.38,考虑了温度对相机像质的影响,采用热膨胀性系数小的材料作为反射镜基底,分析了三个相机光学系统在空间环境下（205℃）温度环境下的像质变化,设计结果能满足使用要求。