高质量的复合材料在太空应用中已经使用了几十年,主要用于载人航天器、卫星结构和航天运载火箭。它们在运载火箭中有着广泛的应用,例如固体火箭发动机和燃料和气体压力容器。许多复合材料用作重返大气层的车辆的热保护系统。碳纤维复合材料通常用于卫星结构及其有效载荷系统。1 卫星的总线结构由铝蜂窝芯和复合材料蒙皮制成。其他需要尺寸稳定性的结构由增强复合材料制成。图 1 描述了复合材料在先进空间结构中的应用示例,以及如何确定它们在受到超高速碎片影响时的性能。这些复合材料有助于在太空极端温度下保持极端尺寸稳定性。2 对更大复合结构的需求促使开发高质量的复合结构,这些结构可以用更少的接头制造这些组件,从而增加使用复合结构的好处。3
摘要:本文旨在促进专有技术的开发以及对技术应用过程所必需的航空航天概念研究中的集成技术的评估和选择。所要解决的问题在于缺乏模块化平台和低成本测试系统,无法进行卫星系统的实验开发和模拟。因此,与此相比,提出了 1U CubeSat 标准的可扩展模块化平台的提案作为主要结果。从可持续性概念出发提出的设计和特性描述过程有助于使用和开发低成本设备,最大限度地减少对环境的影响,进而切实可行地将其应用于促进哥伦比亚空间技术传播的团体和研究中心的活动中。可持续设计的方法、设计原则的定义和概念设计,通过应用质量功能部署方法 (qfd)、发明问题解决理论 (triz)、可制造性导向设计 (DfM)、可装配性 (DfA)、环境影响 (DfE)、可靠性 (DfR) 和安全性评估来实现,这些对于遵守 cds 中描述的 CubeSat 操作标准都至关重要。最后,提出了几种使用不同材料的低成本测试平台的构造模式,例如纸、abs、mdf 木材和铝的 3D 原型。它们都是以低成本设计和建造的小型卫星结构。这些设计使测试机载系统和组装和材料集成阻力成为可能,在实验室中用作振动试验台,供有兴趣促进空间技术发展的研究团体或公司使用。
将有效载荷封装在立方体卫星结构内,通过标准、定义明确的接口进行通信,大大简化了机载实验的开发和测试。客用有效载荷从托管航天器的主总线接收电力、电信和热控制。控制托管航天器方向的能力使有效载荷操作员能够在不同的光照和黑暗条件下进行测试和实验,或将其指向多个轨道上的全球不同区域。发射和运营成本捆绑在标准服务包中,定价方案可预测,不含非经常性成本,降低了在轨操作有效载荷所需的准入门槛。
2021 年 7 月,DLR 进行了人工失重测试活动。在专门的飞行日内,专用空客 A310 的整个 20 mx 5 m 测试区域可用于可展开高应变复合空间结构领域的 5 项实验。这里介绍的结果源自实验 No4,其中测试了 DLR 可展开 CFRP 桅杆的两种不同展开机制。这两种机制都使用新的接口概念将吊杆在展开期间和展开后以高刚度连接到卫星结构上。这两种概念在人工失重中都得到了广泛的评估,包括它们的安全展开和存放以及由此产生的界面刚度。为此,描述了飞机中的测试设置、测试计划和测试程序。最后,讨论了结果并提出了进一步开发吊杆和机制以及在人工失重下测试此类结构的建议。
摘要:电推进系统 NanoFEEP 在 UWE-4 卫星上进行了集成和在轨测试,这标志着首次成功演示了 1U CubeSat 上的电推进系统。介绍了推进剂加热过程和不同推力水平下推进系统功耗的在轨特性测量。此外,还描述了基于推力矢量方向对航天器姿态影响的分析。所用的加热器每轨道液化推进剂 30 分钟,功耗为 103 ± 4 mW。在此期间,可以启动相应的推进器。推进系统包括一个推进器头、其相应的加热器、中和器和电源处理单元的数字组件,功耗为 8.5 ± 0.1 mW · µ A − 1 + 184 ± 8.5 mW,并与发射极电流成比例。两个推进器头的推力方向估计与立方体卫星结构中的安装方向成 15.7 ± 7.6 ◦ 和 13.2 ± 5.5 ◦ 角。鉴于 1U 立方体卫星的功率非常有限,NanoFEEP 推进系统是一个非常可行的选择。后续 NanoFEEP 推进器的加热器已经得到改进,因此系统可以在整个轨道周期内启动。
本文提出了一种分散式、分布式制导与控制方案,将异构卫星组件群组合成大型卫星结构。异构卫星群的组件卫星的选择以提高最终形状的灵活性,其灵感来自晶体结构和伊斯兰瓷砖艺术。在选择理想的基本构建模块后,进行基本的纳米卫星级卫星设计,以协助涉及姿态控制的模拟。群体轨道建造算法 (SOCA) 是一种制导和控制算法,用于实现在轨组装所需的有限类型异构性和对接能力。该算法由两部分组成:分布式拍卖使用障碍函数来确保为每个目标选择合适的代理;轨迹生成部分利用模型预测控制和顺序凸规划来实现到达所需目标点的最佳无碰撞轨迹,即使在非线性系统动力学的情况下也是如此。优化约束使用边界层来确定是否应应用防撞约束或对接约束。该算法在模拟扰动 6 自由度航天器动态环境中针对平面和非平面最终结构以及两个机器人平台(包括一群无摩擦航天器模拟机器人)进行了测试。
摘要:在过去的20年中,具有内部晶格和封闭外壳的内部晶格的轻质结构,由于其刚度的提高,屈曲强度,多功能设计和能量吸收,因此引起了很多关注。添加剂制造的典型几何自由允许为航空应用设计更轻,更硬和更有效的结构。激光粉床融合技术,特别是可以制造具有复杂几何形状的金属零件,从而改变了机械组件的设计和制造方式。这项研究提出了一种重新设计原始卫星结构的方法,该卫星结构由墙壁和肋骨组成,并具有封闭的晶格设计。提出的新结构必须遵守机械性能,尺寸准确性和重量的限制要求。最具挑战性的是原始卫星根据传统制造而设计的第一个频率请求。为了克服这个问题,开发了特定的框架,以局部增厚晶格的临界区域。使用新设计允许符合动态行为并获得维护机械性能的重量。这种主要结构的添加剂制造的制造证明了这项新技术可以满足航空航天局中具有挑战性的请求的可行性。
全球跨国鸟类或鸟类计划是由九州理工学院(日本)领导的跨国小型卫星项目。鸟类计划为非空间范围提供了设计,集成,建造,测试,启动和操作其国家的第一个卫星的机会。本文侧重于Birds-4,这是一个属于巴拉圭的三个1U立方体的星座(Guaranisat-1:Paraguay的第一个卫星),菲律宾(Maya-2)和日本(Tsuru)。Birds-4成员是九州理工学院参加太空工程课程(SEIC)的研究生。该星座将执行九项任务,例如地球成像,总电离剂量测量,对空间中的钙钛矿太阳能细胞性能的评估以及使用“卫星结构作为天线”进行CW传输。更重要的是,卫星将执行商店和向前的任务来测试所选硬件的技术可行性,以便如果证明成功,将用于未来的卫星任务,以在偏远地区收集数据。卫星于2021年2月22日发射,并于2021年3月14日从国际空间站部署。本文描述了ISS部署后的背景,任务,利益相关者,经验教训和初始操作结果。最后,本文将讨论该卫星对巴拉圭的意义,巴拉圭一直是一个非空间国家的国家。
随着探索目标越来越远,太空任务变得越来越雄心勃勃,同时需要更大的制导和通信预算。这些对距离和控制的相互冲突的需求推动了对现场智能决策的需求,以减少通信和控制限制。虽然对人工智能和机器学习 (AI/ML) 软件模块的地面研究呈指数级增长,但以快速和廉价的形式在太空中实验验证此类软件模块的能力却没有增长。为此,美国宇航局艾姆斯研究中心的纳米轨道研讨会 (NOW) 小组正在通过 TechEdSat (TES-n) 飞行系列中编程称为 BrainStack 的“商业”可用前沿计算平台进行飞行评估测试。作为 BrainStack 的一部分选择的处理器具有理想的尺寸、封装和功耗,可轻松集成到立方体卫星结构中。这些实验包括对小型高性能 GPU 以及最近的 LEO 操作中的神经形态处理器的评估。此外,还计划测量这些处理器所经受的辐射环境,以了解这些新架构因长期太空辐射暴露而导致的性能下降或计算伪影。这个不断发展的灵活协作环境涉及 NASA 和其他组织的各个研究团队,旨在成为一个便捷的轨道测试平台,许多预期的未来太空自动化应用可在此平台上进行初步测试。