2024-11-23
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、高精載荷在環(huán)的超精穩(wěn)控制驗證系統(tǒng)、多光軸高精度對準測量系統(tǒng)、微振動測量與性能驗證系統(tǒng)、微弱熱彈變形高靈敏測量系統(tǒng)、全生命周期超潔凈控制保障系統(tǒng)
本項目建設滿足不同類型載荷模擬系統(tǒng),包含大口徑相機圖像模擬器、激光鏈路捕獲模擬系統(tǒng)、干涉儀系統(tǒng)和多自由度航天器模擬系統(tǒng)等,模擬包含噪聲的載荷輸出信號,如圖像、轉角、距離等信息,經(jīng)過處理轉換成高精度姿態(tài)或軌道信息。建設適用于多種載荷的載荷在環(huán)超精穩(wěn)控制器,將載荷信息與傳統(tǒng)姿態(tài)敏感器測量信息進行融合,計算出相應任務的控制信息,即力或力矩。執(zhí)行機構測量系統(tǒng),將測得的力或力矩引入衛(wèi)星高精度動力學仿真系統(tǒng),得到相應的姿態(tài)及穩(wěn)定度,最終實現(xiàn)載荷在回路地面半物理條件下超高穩(wěn)定度控制閉環(huán)。
本系統(tǒng)主要由隔振系統(tǒng)、運動系統(tǒng)與測量系統(tǒng)組成,其中隔振系統(tǒng)為運動與測量系統(tǒng)提供隔振支撐,主要由隔振地基、隔振平臺及振動監(jiān)測系統(tǒng)組成,運動系統(tǒng)主要由直線運動導軌、自準直儀俯仰軸轉臺、衛(wèi)星偏航軸轉臺組成,測量系統(tǒng)主要由多個自準直儀(測量分辨率優(yōu)于0.01角秒)及水平儀(測量分辨率優(yōu)于0.2角秒)等構成,結合運動控制軟件及測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件,實現(xiàn)對被測星上設備的光學基準棱鏡相對角度的測量。
根據(jù)微振動測量與性能驗證流程,規(guī)劃面向大型超穩(wěn)載荷的微振動測試系統(tǒng),五大子系統(tǒng)組成如下:1)微振動超靜環(huán)境子系統(tǒng);2)多擾源特性測試與分析子系統(tǒng);3)微振動多功能模擬子系統(tǒng);4)大型衛(wèi)星系統(tǒng)級微振動測試子系統(tǒng);5)微振動一體化仿線) 超靜微振動環(huán)境系統(tǒng):通過對現(xiàn)有環(huán)境系統(tǒng)噪聲源更精細化處理,顯著降低環(huán)境系統(tǒng)噪聲,實現(xiàn)10μg環(huán)境; 2) 多擾源特性測試與分析系統(tǒng):基于新的弱力傳感器和更高量程力傳感器,建立5mN級的干擾力測量系統(tǒng),滿足多擾源的低噪聲測試需求; 3) 微振動多功能模擬子系統(tǒng):通過多軸振動同步控制技術,充分模擬微振動多軸共振環(huán)境,進行多工況的微振動模擬;精確模擬在軌無重力環(huán)境下微振動干擾工況; 4) 大型衛(wèi)星系統(tǒng)級微振動測試系統(tǒng):通過桁架系統(tǒng)和低頻雙懸吊系統(tǒng),布置μg級高精度傳感器系統(tǒng)和十毫角秒準直測試系統(tǒng),測試衛(wèi)星級微振動響應和傳遞;同時布置高承載氣浮控制和主動控制系統(tǒng),實現(xiàn)2.5t級衛(wèi)星無重力微振動閉環(huán)驗證系統(tǒng)的實施; 5) 微振動一體化仿真子系統(tǒng):通過建立上述四部分過程中的試驗數(shù)據(jù)系統(tǒng),以及精細模型修正系統(tǒng),充分的修正衛(wèi)星微振動傳遞模型和干擾模型,獲得高置信度的在軌仿線
包含1)環(huán)境保持系統(tǒng):為高精度熱變形測量提供穩(wěn)定良好的測試環(huán)境,為測量過程提供需要的環(huán)境溫度,同時降低熱變形測量過程中的外界振動、環(huán)境溫度波動、氣流擾動等因素對測量結果的影響,是微弱熱彈變形高靈敏測量系統(tǒng)的基礎。 2)整體位移形面測量系統(tǒng):用于測量獲取不同溫度場作用下航天器或關鍵部組件結構外形變化??梢苑奖憧焖俚墨@取結構各個部位的形變情況,用于模型修正和結構構型設計合理性評估。 3)關鍵點高精度線位移測量系統(tǒng):用于測量獲取不同溫度場作用下航天器或關鍵部組件關鍵點的線位移變形。獲取滿足測量精度要求的線位移變形數(shù)據(jù),用于直接評估設計結果的滿足度。 4)關鍵點角變形測量系統(tǒng):用于測量獲取不同溫度場作用下航天器或關鍵部組件關鍵點的角變形。獲取滿足測量精度要求的角變形數(shù)據(jù),用于直接評估設計結果的滿足度。 5)高精度溫度場測量系統(tǒng):用于測量獲取測試過程中航天器或關鍵部組件的溫度場變化以及穩(wěn)定后的溫度場分布。確定溫度場平穩(wěn)時間、評估最終加載溫度場有效性,同時獲取溫度場用于模型修正和設計方案優(yōu)化。
包含1)高精度測溫系統(tǒng) 由精密驅動電源輸出的驅動電壓加載于高精度測溫電路,該電路由精密分壓電阻和高靈敏度熱敏電阻構成,通過封閉處理后放置于精密恒溫槽內以抑制元器件的溫度漂移。熱敏電阻上的微小分壓信號通過鎖相放大器濾除信號源的固有噪聲后,放大信號輸入高性能ADC,最后輸出的信號轉換成分辨率優(yōu)于10μK的溫度讀數(shù)。2)超穩(wěn)熱試驗環(huán)境系統(tǒng) 超穩(wěn)熱環(huán)境試驗系統(tǒng)由有源控溫區(qū)、無源控溫區(qū)和熱屏蔽通道組成,如下圖所示。對熱阻尼層1進行主動控溫,控溫精度優(yōu)于10mK量級,通過熱阻尼層1與熱阻尼層2間被動阻尼的設計,最終實現(xiàn)內部熱沉溫度穩(wěn)定度滿足10mK級精度。此外,無源測試對象和有源測試對象間設計有數(shù)據(jù)傳輸通道,通道內溫度穩(wěn)定度的優(yōu)于1mK。3)高效傳熱系統(tǒng) ①先進熱管傳熱系統(tǒng) 實驗系統(tǒng)主要由環(huán)路熱管、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。環(huán)路熱管由蒸發(fā)器、補償器、氣體管路、液體管路和冷凝器組成,利用內部工質在蒸發(fā)器中蒸發(fā)并轉移到冷凝段冷凝后,通過毛細芯將液體抽吸回流至蒸發(fā)段進行循環(huán)并傳遞熱量。加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)用于模擬星上的熱端和冷端的換熱條件。先進熱管實驗系統(tǒng)中設置局部可視化窗口并采用高速攝像機內部的流態(tài)進行采集和分析。氣體管路和液體管路布置壓力測點對流動壓降進行測試,在蒸發(fā)器和冷凝器進出口布置溫度測點對環(huán)路熱管傳熱性能進行測試,得到熱管的流動和傳熱性能。在保證環(huán)路熱管高效的流動和傳熱性能的基礎上,開展環(huán)路熱管氣體管路和液體管路的柔性管段與可展開式輻射器之間的集成,并進一步進行傳熱性能和壽命測試。②泵驅微通道兩相傳熱系統(tǒng) 泵驅微通道兩相傳熱系統(tǒng)開發(fā)平臺的工作主要包括:基于仿真模擬對微通道的尺寸結構等進行優(yōu)化分析,得到設定工況下的微通道散熱器內流道的分布、數(shù)量、寬度和高度等結構設計的優(yōu)選方案,并搭建微通道流動沸騰散熱性能測試實驗系統(tǒng),完成微通道兩相流系統(tǒng)的測試驗證。
超高潔凈度AIT保障子系統(tǒng)是為衛(wèi)星研制及在軌防污染提供全方位全流程的服務保障,需要從星上原材料控制、組件生產(chǎn)加工及清潔到衛(wèi)星整星級AIT過程進行監(jiān)控,實現(xiàn)衛(wèi)星全流程的防污染控制。其需要從AIT潔凈廠房建設、污染監(jiān)控及檢測能力及材料控制能力等方面進行管控。超高潔凈AIT保障子系統(tǒng),具有如下功能: 設備、人員:采用“逐次逼近,層層嵌套”的設計思路,經(jīng)過三級凈化專用通道進入千級環(huán)境,千級環(huán)境設備、人員嚴格控制:結構件、多層:在十萬級環(huán)境下進行初步清潔靜置,在萬級下清洗除氣,在千級環(huán)境下加工存儲; 高潔凈衛(wèi)星材料專用除氣設備:滿足實時監(jiān)測污染物出氣率實時監(jiān)測功能; 污染物監(jiān)測功能:具備量化檢測航天器材料表面顆粒物和分子污染物沉積相關技術指標的技術能力。
系統(tǒng)由高精度快速EMC仿真設計平臺、超高電磁潔凈度EMC/EMI測試暗室、超大靜區(qū)緊縮場天線輻射特性測試暗室三大部分構成。系統(tǒng)主要具備如下功能: 1)基于集群計算的單機及整星級高精度快速EMC及天線電磁輻射的仿真設計,結合實測數(shù)據(jù)外推及局部物理驗證手段進行低頻段天線或載荷電磁輻射表征分析能力。 2)高靈敏度的EMC/EMI測試 提供高精度的星上載荷與平臺的單機級與衛(wèi)星整星級的EMC/EMI測試能力。依據(jù)軍國標151B-2013及衛(wèi)星對星上載荷與單機EMC/EMI的要求,提供CE101,CE102,CS101, CS106,CS109,CS114,CS115,CS16,RE101, RE102,RS101及RS103檢測能力。特別針對未來超長波天文觀察衛(wèi)星(DSL)等對電磁潔凈度有極高要求的科學衛(wèi)星提供高電磁潔度的測量能力。 3)天線輻射特性測試 提供寬頻域(0.4~60GHz,后期可拓展至110GHz), 大測試靜區(qū)(最大達4.5米)的整星天線輻射方向下圖測試能力,可實現(xiàn)單天線及整星狀態(tài)下天線輻射方向下圖測試、增益測試、圓極化軸比測試、相位中心測試以及通信載荷的 EIRP與G/ T值等通信性能的測試。
該平臺主要圍繞基于局部物理驗證的MBSE系統(tǒng)工程開展的針對復雜化高精度航天器進行仿真和設計能力提升,擬提升航天器系統(tǒng)設計過程中的多物理場協(xié)同設計以及全鏈路誤差分析等方面的能力。該子平臺重點建設高復雜度MBSE、基于局部物理驗證的全鏈路誤差和噪聲仿真、硬件支撐平臺。通過該項目的建設,通過基于數(shù)字化的MBSE技術初步實現(xiàn)全鏈路誤差模型的仿真及分析能力,迭代周期縮短一半的水平。1)面向多學科高復雜度MBSE附屬軟件 實現(xiàn)面向超凈超穩(wěn)超精航天器解決方案域以及系統(tǒng)架構搭; 具備外部軟件協(xié)同計算分析能力; 覆蓋航天器系統(tǒng)級到部件級力、熱、電、磁、動力學模型涵蓋。 2)基于局部物理驗證的航天器全鏈路誤差和噪聲仿真系統(tǒng) 通過局部物理驗證實現(xiàn):探測器-有效載荷-航天器-任務效能的全鏈路噪聲動態(tài)閉環(huán)仿真; 構建局部物理驗證信息管理平臺; 構建支持物理模擬仿真信息; 構建數(shù)字衛(wèi)星交付能力。
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