空间环境下柔性并联指向机构的失效模式与失效机理研究

The high precise compliant parallel pointing mechanisms used for satellite are studied in this project based on the space environment such as alternating temperature and vacuum. Their failure characteristics are researched according to multidisciplinary theory including heat transfer theory, material science, mechanics of elasticity, FEM and control theory. The simulation of space environment and high precise measurement technology are exploited. Thus this study is significant to evaluate the influence of various factors on the performance, life cycle and reliability, and is important to reveal the physical properties. Meanwhile, the high precise prototype will developed to verify the design theory proposed in this project. Finally, the reliability design criteria of compliant parallel pointing mechanisms are proposed for typical space application, in order to solve the problem arising from the application. Therefore, the project can provide theoretical fundament and technical support for the design and application of high precise compliant parallel pointing mechanisms.

本申请瞄准未来航天器高精度指向设备对柔性并联指向机构的迫切需求，针对柔性并联指向机构空间环境适应性、可靠性等相关研究的不足，以星载高精度柔性并联指向机构为研究对象，采用传热学、材料学、弹性力学、有限元法、控制理论等多学科理论分析方法以及空间环境模拟试验技术和高精度测试技术，分析在轨工作过程中的温度、真空等空间环境因素造成的影响，开展柔性并联指向机构在全任务剖面内的失效模式与失效机理研究。此研究可揭示空间环境因素对柔性并联指向机构性能、寿命与可靠性的影响规律与物理本质，并据此提出航天用典型柔性并联指向机构的可靠性设计准则。同时，搭建高精度小型并联指向机构样机，以其为载体完成对本课题研究成果的验证工作。本课题的研究将突破柔性并联指向机构空间应用的关键技术和难题，为我国空间高精度并联指向机构的设计和在轨应用，提供理论基础和技术支撑。

本课题瞄准未来航天器高精度指向和位姿调整设备对柔性并联指向机构的迫切需求，针对柔性并联指向机构空间环境适应性、可靠性等相关研究的不足，开展了相关理论和试验研究。本课题以星载高精度柔性并联机构为研究对象，采用了材料学、弹性力学、有限元法、控制理论等多学科理论分析方法以及空间环境模拟试验技术和高精度测试技术，分析了在轨工作过程中的温度、真空等空间环境因素造成的影响，建立了关键柔性部件柔度和精度分析模型以柔性并联指向机构运动学模型，分析了不同金属材料蠕变演变机理，建立了材料本构方程，总结了柔性并联指向机构在全任务剖面内的失效模式、失效机理和可靠性影响规律。此研究揭示了空间环境因素对柔性并联机构性能、寿命与可靠性的影响规律与物理本质，并据此提出航天用典型柔性并联指向机构的可靠性设计准则。同时，搭建了高精度小型并联指向机构样机，以其为载体完成对本课题研究成果的验证工作。本课题的研究突破了柔性并联指向机构空间应用的关键技术和难题，将为我国空间高精度并联指向机构的设计和在轨应用，提供理论基础和技术支撑。