2021 Vol. 38(5): 1-7| [摘要](59) | [PDF](24)- 基于SE-TCN网络模型的太阳电池阵温度异常检测
- 何利健，张锐，陈文卿
- 针对因卫星入境数据延迟，无法快速判断太阳能电池阵温度遥测数据是否发生异常问题，提出一种SE-TCN网络模型。首先借鉴SENet中的通道注意力机制，对时间卷积网络(TCN)进行改进，提高模型的特征提取能力;其次使用SE-TCN做为特征提取网络，训练出网络模型;最后对温度遥测数据做中长期预测(约4轨)。以某在轨卫星实际太阳能电池阵温度遥测数据作为实验数据。结果表明:本文提出的SE-TCN网络模型在评价指标上与传统TCN网络模型相比，平均绝对误差(MAE)降低了7.7%，均方根误差(RMSE)降低了5.2%，相关系数(R)提高了0.4%。当卫星入境时，该检测方法可根据预测值快速判断实时遥测数据是否发生异常。
- 2021 Vol. 38(5): 8-16
| [摘要](35) | [PDF](12)- 基于多尺度的空间锂离子蓄电池单体电-热耦合模型
- 宋缙华，丰震河，郭向飞，田娟，张兴浩，王可
- 针对高比能兼顾高功率的锂离子电池，高电极载量、高压实、低电导等特性会显著增加电池大倍率放电的产热和内部温差，传统的热试验方法无法获取电池内部温度分布。将传统热试验与仿真相结合，以能量功率兼顾型空间锂离子蓄电池单体为研究对象，建立了一维电化学与三维热双向耦合模型，获取了电池在绝热环境下不同倍率放电的电压、温度和发热功率变化，仿真结果与实验值吻合度高，分析得到单体电池大倍率放电的本征热安全区间为0~75%放电深度(DOD)。同时，计算发现随着放电倍率的增加，放电结束时电池温度最高区域由电芯内部中心位置逐渐变成正极极柱，最大温差逐渐增大，3 C时达到0.82 ℃。假设增加底面恒温散热，3 C放电结束的最大温差高达11.18 ℃。本文建立的模型不仅适用于空间锂离子蓄电池单体的研发，还适用于电池组的热仿真设计。
- 2021 Vol. 38(5): 17-24
| [摘要](37) | [PDF](21)- 临近空间太阳电池组件热力学特性仿真分析
- 张圳，陆鸣雷，杨洋，宋琳琳，叶晓军
- 临近空间飞行器依靠搭载的柔性太阳电池组件和储能电池组构成的能源系统，可在临近空间长期飞行和驻留，完成地面观测、无线通信、军事侦察等任务，因而成为各国航天航空领域发展的热点之一。由于太阳电池组件能量转化效率只有20%左右，大部分太阳光能量吸收后转化为热。这部分热传导到高空气球内部，将造成内部气流紊乱，增加高空气球姿态控制难度，而温度升高引起的热应力甚至可能破坏柔性太阳电池组件。本文通过计算机模拟太阳组件在高空气球蒙皮上的工作条件，建立组件结构模型及热传递数学模型，仿真得到电池组件实际工作时的温度场和应力场分布情况，对高空气球供电组件的结构优化、工作状态的掌握具有指导意义。
- 2021 Vol. 38(5): 25-30
| [摘要](41) | [PDF](12)- 空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制
- 赵真，王碧，钱志源，陈国平
- 空间站柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制，对于保障空间站长期在轨能源安全和平稳运行具有重要意义。在推导柔性太阳电池翼动力学模型、柔性体模态分析和截断、Alpha对日定向装置机电系统模型、非线性传动系统模型的基础上，对空间站柔性太阳电池翼对日跟踪控制系统进行设计。采用Heaviside五次样条变速规划、位置和速度两级闭环、速度环陷阱滤波器柔性振动抑制的组合方案，实现空间站柔性太阳电池翼高稳定驱动控制。通过对典型工况的仿真校核，验证所设计的控制方案可实现跟踪精度优于0.3°、速度偏差±0.005 (°)/s、稳定度优于7% @0.065 (°)/s的性能指标。同时，Alpha对日定向装置的启动和变速过程中驱动力矩不大于30 N.m，稳速运行期间驱动力矩不大于5 N.m。各项性能指标要好于国际空间站Alpha对日定向装置，满足使用要求。
- 2021 Vol. 38(5): 31-40
| [摘要](53) | [PDF](23)- 空间用太阳翼电路部分隔离二极管应用分析
- 王文强，陈城，李健，周健，刘众鑫，刘志强，杨洪东
- 针对空间太阳翼隔离二极管的应用，结合标准规范及太阳翼电路部分的工程设计约束与在轨应用经验，给出了空间太阳翼电路部分隔离二极管的设计方案;结合工程研制经验，给出了不同类型太阳翼电路部分隔离二极管的应用建议，为相关科研人员提供参考。
- 2021 Vol. 38(5): 41-45
| [摘要](45) | [PDF](22)创新与探索- 防空武器系统能力需求分析的简化方法
- 陈杰，谭天乐，史树峰
- 面对新型威胁，围绕要地防空武器系统能力建设问题，建立了威胁目标、探测传感器、拦截导弹及其相互关系的物理数学简化模型。分析推导了传感器的可观测性、可探测性条件，以及武器系统对威胁目标的可防御性条件。给出了一种分析防空武器系统能力需求的简化方法。以中近程防空武器系统为例，分析给出了武器系统的能力需求。这种解析化、程式化的模型简化和分析方法，不受繁琐的细节性工作所限制以及系统构建人员的主观因素影响，可应用于防空武器系统能力规划的前期分析中。分析结果可为后续详细的武器系统的功能和性能仿真分析奠定基础。
- 2021 Vol. 38(5): 46-52
| [摘要](34) | [PDF](19)- 紫外-短波红外航天遥感探测器光电性能测试装置的研制和标定
- 张钊，屈炜，万志
- 为解决紫外-短波红外探测器光电性能测试和评价问题，研制了一套探测器的光谱响应、时间响应和偏压响应测试装置，为紫外-短波红外探测器的光谱响应和光电特性参量测试提供测试装置和评价依据，以便评价其综合性能指标是否满足设计和使用要求。介绍了测试装置的研制和标定过程，该测试系统由宽光谱复合光源、样品室、单色仪、锁相放大器、标准探测器等构成，实现了200~2 500 nm光谱范围内光电探测器绝对/相对光谱响应度、量子效率、归一化探测率、频响特性、偏压响应度和时间响应参量的测试功能。最后分析了照明光斑波长校准和光谱辐射照度标定的重要性，并给出标定方法和结果。
- 2021 Vol. 38(5): 53-59
| [摘要](39) | [PDF](10)- 典型卫星表面材质的近红外干涉光谱反演
- 徐融，梁奕瑾，杨海龙，祝竺，赵飞
- 为研究空间碎片表面材料发生镜面反射时的光谱特征，采用光纤光谱仪联合高精度测角光度计，测量了4种典型空间碎片材质在多种入射角下的可见-短波红外光谱反射率，发现三结砷化镓电池片和聚酰亚胺包覆膜的镜面反射光谱在近红外波段(1 000~1 800 nm)出现了明显的等倾干涉光谱条纹。进一步分析表明，该光谱条纹由空间材质本身的多层工艺结构特性引起，并运用相关分析法建模计算求得砷化镓层厚度为5.518 9 μm，近红外折射率为3.472 4;聚酰亚胺层厚度为24.210 6 μm，近红外折射率为1.707 4，反演结果与材质标称参数相符。实验结果表明:近红外谱段镜面反射光谱特征可用于多层结构的空间碎片材质的厚度、折射率等工艺特性反演，该方法可为卫星材质精细辨识提供新的研究思路。
- 2021 Vol. 38(5): 60-66
| [摘要](20) | [PDF](7)- 敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究
- 张永强，王赟，刘德庆，陈筠力，于迎军，吴敬玉
- 面向具备波束指向捷变能力的小型化敏捷合成孔径雷达(SAR)卫星成像需求，提出了通过平台姿态敏捷机动和载荷波束捷变扫描一体化控制实现条带成像、多条带拼接成像、滑动聚束成像等传统成像模式的方法。针对配合成像过程提出的大角度机动和高精度高稳定度连续指向跟踪控制要求，采用5个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成的“五面锥”构形控制力矩陀螺群作为执行机构，设计了基于姿态四元数和角速度反馈的改进型递阶饱和控制器，实现了平台的敏捷机动和对目标的稳定跟踪指向。数学仿真结果表明:该控制系统有效可行。
- 2021 Vol. 38(5): 67-73
| [摘要](33) | [PDF](18)- SO(3)上航天器自适应反步姿态跟踪控制
- 史忠军，邵长宝，张剑桥，赵艳彬
- 针对刚体航天器姿态跟踪控制问题，提出了一种自适应反步控制方法。首先，考虑模型不确定性和外部干扰影响，通过引入一个非负定的势函数来描述姿态跟踪误差，在特殊正交李群SO(3)上建立描述航天器姿态运动的相对动力学方程，所建立的动力学模型有效地避免了用修正罗德里格参数或四元数描述航天器姿态时引起的奇异和退绕等问题;其次，设计的自适应反步控制器可保证闭环控制系统最终一致有界收敛，并用李亚普诺夫理论严格证明了闭环系统的稳定性;此外，设计的自适应控制律可以有效地处理系统总干扰;最后，针对航天器姿态跟踪控制场景进行数值仿真分析。结果表明:与传统PD控制器相比，所设计的控制器可以有效地提高控制性能。
- 2021 Vol. 38(5): 74-80
| [摘要](22) | [PDF](10)- 基于吩嗪类分子的锂离子电池性能与储能机理研究
- 杨杰，朱乔楠，吴勇民，王华
- 能源是人类社会发展的基石，开发和利用可持续性的清洁能源对于全世界人民的生存和发展尤为重要。可反复充放电的锂离子电池由于其循环寿命长、无记忆效应和适宜的能量密度或者功率密度等优点，在新能源电动汽车、可携带电子器件以及航空航天等领域得到了广泛应用。受具有氧化还原活性的微生物产物启发，开发了基于吩嗪(PHN)活性中心的PHN类化合物正极材料。通过光谱测试深入分析了PHN分子的电化学过程，揭示了PHN分子的储锂机制。最后通过合理的分子工程设计，开发了基于PHN衍生物的2，3-二羟基-1，4-吩嗪二酮正极材料，并展示了2.5 V的高电压和300 mAh/g的高比容量，其比容量超过了现有商业化无机正极材料。本文不仅提供了一种极具竞争力的电化学储能材料，并且对其他有机电极材料的开发和改性具有一定的借鉴意义。
- 2021 Vol. 38(5): 81-88
| [摘要](15) | [PDF](8)- 索网结构非线性有限元分析中初始张力状态的快速构造方法
- 王威，吴松，郭其威，唐国安
- 预应力索网结构是以柔性拉索为主要承重构件或辅助承重构件的一种结构体系，用于可展开天线等空间结构。为在有限元数值分析时准确、高效地施加张拉预应力，综合考虑索网的几何非线性、刚度矩阵奇异性、索网与支撑结构存在耦合变形等问题，利用索网式可展开天线的特性，在非线性有限元计算时忽略初位移刚度矩阵，将问题线性化，并详细介绍了以降温法模拟预应力时降温值的计算过程。此方法无需迭代，且得到的降温值在用于索网非线性计算时具有足够的精度;此方法能充分利用通用有限元计算程序，可进一步开展模态和响应等力学计算，便于在工程中实际应用。
- 2021 Vol. 38(5): 89-97
| [摘要](22) | [PDF](7)专业纵论- 基于模糊单神经元PID的车载发射装置随动控制策略研究
- 王旭锋，牛远征，曾远帆，殷翔，姜晓明
- 对于车载防空武器系统而言，往往需要随动系统快速、高精度地跟踪目标，跟踪效果的优劣直接影响到武器系统作战效能的发挥。为提高随动装置的快速性和精度，提出一种将单神经元与模糊PID控制相结合的位置随动控制策略，应用机理分析和实验结合的方法建立随动系统数学模型，并运用Matlab中的Simulink进行仿真。仿真结果表明:所提出的随动控制策略，可以显著提高发射装置的静态、动态跟踪性能，验证了该随动控制策略的可行性。
- 2021 Vol. 38(5): 98-103
| [摘要](25) | [PDF](10)- 基于GNSS掩星资料的风云卫星微波载荷产品质量验证与分析
- 高超，何杰颖，胡艳冰，柳聪亮
- 聚焦新一代国产极轨气象卫星微波载荷和全球导航卫星系统(GNSS)掩星临边观测的探测机理，及其各自仪器的性能指标和在轨运行的特点，利用2019年1月1日到12月31日的全球数据，开展基于GNSS掩星资料的风云气象卫星微波观测亮温对比和反演廓线产品质量检验研究。在匹配数据时间分辨率为30 min和经纬度分辨率为0.5°的情况下，亮温偏差小于5 K，大气温湿度探测精度分别为1.92 K和22.8%，同时分析了2019年青藏高原地区大气温湿度的时空分布规律。结果表明:风云气象卫星微波辐射计具有全球全天候探测大气温湿度的功能，在近地面具有丰富的反演数据，而对于GNSS掩星探测资料，3 km以上探测精度优于微波湿度计，近地面数据较少，两者联合，既可以互相补充和验证，又能以青藏高原为例，分析长时间序列气象和气候数据，为后续的气候研究提供基础数据集。
- 2021 Vol. 38(5): 104-113
| [摘要](21) | [PDF](8)- 基于有限元仿真的镗孔刀片优化设计及其性能评估
- 李超，徐锦泱，陈明，文亮，周金强，任斐
- 针对某结构件加工中镗孔刀具性能提升问题，采用参数化设计方法，对切削刃进行了优化设计;同时运用有限元仿真方法对比了不同参数下切削刃的切削性能，实现了镗孔刀片的快速优化设计，缩短了开发周期。在镗孔刀片性能有限元仿真评估中模拟了两刀片同时参与切削的情况，同时结合切削温度的数据获取，实现了实际切削工况的有效还原。镗刀片设计采用了刃口倒棱加刃口钝圆的结构，并从刃口倒棱宽度与倒棱角度两方面进行了有限元性能评估。结果表明:该方法可通过切削温度和切削应力的变化来分析倒棱宽度对切削状态的影响;当刀片倒棱角度过小时，会使得后刀面承受过大应力，加快刀片磨损。
- 2021 Vol. 38(5): 114-119
| [摘要](32) | [PDF](10)- 基于子孔径处理的大斜视SAR点目标仿真
- 吴佳晔，顾丹丹，刘鹏
- 机载合成孔径雷达(SAR)平台无法在长合成孔径时间内保持理想匀速直线运动，运动参数变化较大。利用全孔径算法进行成像处理，难以高效地生成聚焦良好的图像。针对这些问题，本文通过在回波信号方位向划分子孔径，分段处理，从而得到聚焦良好的图像。为增强适用性，子孔径处理时采用大斜视角下的距离多普勒(RD)算法，同时与传统正侧视及小斜视RD算法比较。经仿真验证:无论在大斜视情况下还是在有运动误差的情况下，本文算法都能使点目标良好聚焦，点散布函数的分布显示旁瓣均低于-20 dB，满足工程使用要求，说明了算法的有效性。
- 2021 Vol. 38(5): 120-130
| [摘要](21) | [PDF](9)- 电动负载模拟器的自适应模糊PI控制策略
- 贾东旭，刘梁，徐照平
- 针对电动负载模拟器中存在的多余力矩问题以及不确定性因素对系统性能的影响问题，设计了一种自适应模糊PI控制策略。首先，通过分析电动负载模拟器的组成及工作原理，得到了其数学模型，基于模型分析了多余力矩的产生原因以及系统中存在的不确定因素，分析了系统特性;其次，设计了力矩微分负反馈校正环节和自适应模糊PI控制器，并通过引入前馈补偿法，实现了对多余力矩进一步的抑制;然后，应用Matlab软件，仿真了所设计自适应模糊PI控制器的有效性，仿真结果表明该控制策略可将多余力矩抑制在99%以上，系统在8 Hz正弦力矩信号加载下的幅差小于10%，相差小于10°;最后，在搭建的实验平台上进行了验证，结果表明多余力矩抑制率能达到85%以上，且动态加载能满足“双十”指标。因此，该控制方法可有效抑制多余力矩，使系统具有良好的动态跟踪性能。
- 2021 Vol. 38(5): 131-137
| [摘要](50) | [PDF](7)- 双酚A二炔丙基醚/氰酸酯共混树脂固化反应与性能
- 李川，王晓蕾，田杰，唐靳梅，夏军，叶清，袁荞龙
- 环氧树脂/氰酸酯共混树脂已用作液氧贮箱复合材料的基体树脂。本文选用低吸水率的双酚A二炔丙基醚(DPEBA)与氰酸酯等摩尔共混，研究以不同催化剂对DPEBA与氰酸酯共混树脂体系固化反应的影响，并考察了催化固化的共混树脂体系的热稳定性和冲击性能。研究结果表明:过渡金属的乙酰丙酮盐和二丁基二月桂酸锡可降低双酚AF型氰酸酯(BAFDCy)的固化温度，质量分数为0.2%的乙酰丙酮铜可明显使BAFDCy的固化温度降至200 ℃以下。双酚A二炔丙基醚(DPEBA)预聚后与氰酸酯等摩尔共混，在0.3%的Cu(acac)2催化下，可在200 ℃以下固化，与双酚E型氰酸酯、双酚A型氰酸酯和双酚AF型氰酸酯共混树脂的固化物在空气中600 ℃的残留率分别为38%、36%和0.7%，浇铸体的冲击强度分别为5、6和8 kJ.m-2。
- 2021 Vol. 38(5): 138-145
| [摘要](29) | [PDF](18)工程实践- 7A09铝合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能
- 张成聪，王志国，刘娇，汪政，王少刚
- 采用电子束焊方法对7A09铝合金进行焊接，分析不同焊接工艺对接头显微组织与力学性能的影响，获得了焊缝表面成形良好的焊接接头。为了进一步改善接头区域的显微组织，以提高接头的力学性能，对接头进行焊后热处理。接头微观分析显示，焊态下接头熔合区由柱状晶和等轴状枝晶组成，初生相在晶界处聚集，形成共晶组织。在焊接过程中添加圆形电子束扫描，可改善接头焊缝成形，细化焊缝晶粒。接头经过焊后热处理，晶界初生相减少，较多的强化相η′(MgZn2)等在接头焊缝区析出。力学性能测试表明，热处理后接头的拉伸强度达 400.6 MPa，为母材拉伸强度的80.8%。拉伸断口扫描观察显示，接头断口表面分布有许多大且深的韧窝，呈明显的韧性断裂特征。
- 2021 Vol. 38(5): 146-156
| [摘要](30) | [PDF](15)
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