高分辨率遥感卫星结构机热电磁力控集成设计方法

The project takes construction of the high resolution earth observation system as its background. The remote sensing satellites are always multi-physical field coupled. The method of multi-profession integrated design and optimization is explored for development of the very high resolution satellites. To solve the multi-field coupling problem in the satellites design, a coupled multi-field analysis model is established based on the study of correlating coupled field model. On the basis, a progressive optimization method based on multidisciplinary investigation design is proposed for the use of optimizing the whole satellites structure. For vibration reduction in structure design of the remote sensing satellites, the vibration reduction analysis method of NES with the external-exciting force is studied at first. The design method based on NES for satellites shock absorber system is proposed, and the shock absorber system is designed. On the basis of the above study, in the case of coupled dynamical disturbances of the remote sensing satellites in space environment, a dynamical model of the satellite system is proposed based on transfer path analysis method, and then a set of analysis methods on the transfer characteristics of multi-disturbances in the satellite system are studied. The method of integrated thermal structural electromagnetic and force limited optimization design of a satellite structure is proposed when we take the coupled static and dynamic problem brought up by the space temperature environment and the multi-disturbances into account. The aims of this project are to format a set of complete theory on the multi-profession integrated design and to provide theoretical basis and research platform for the optimization of high resolution remote sensing satellites.

本项目以高分辨率对地观测系统建设为研究背景，针对甚高分辨率要求下的遥感卫星结构设计与优化问题，探索具有多场耦合特点遥感卫星的多学科集成设计与优化方法。针对遥感卫星多场耦合问题，建立卫星多场耦合分析模型，在此基础上，研究多学科综合的卫星结构多层次逼近优化设计方法。为解决卫星结构设计中的振动抑制问题，研究外加激励作用下NES振动抑制分析方法，提出基于NES的卫星减振系统设计方法并对减振系统进行设计。在上述研究基础上，针对遥感卫星空间动力干扰耦合作用问题，建立适用于动力传递分析的星上振动传递分析模型，研究多源干扰动力传递特性分析方法，综合考虑空间温度环境及多源干扰的静力、动力耦合作用，提出整星结构机热电磁力控多学科集成设计方法。此项目的宗旨为形成一套较为完整的高分辨率遥感卫星结构多学科集成设计方法，为遥感卫星结构的一体化优化设计提供理论依据及研究平台。

本项目以高分辨率对地观测系统建设为研究背景，针对甚高分辨率要求下的遥感卫星结构设计与优化问题，探索具有多场耦合特点遥感卫星的多学科集成设计与优化方法。项目研究并提出了基于结构矢量化方法的结构建模及布局自主优化设计方法；研究并提出了一种不需计算辐射换热角系数，直接求取外热流密度的航天器表面空间外热流计算方法；提出了一种利用精细指数积分法求解系统热网络平衡方程的方法；完成了卫星主承力结构的多学科拓扑优化设计并实现了上述方法在卫星型号研制中的应用。研究了实现NES减振系统能量定向传递的非线性减振器阻尼参数条件，提出了非线性刚度的设计方法；提出了正弦激励作用下耦合NES系统的能量定向传递分析方法及双线性迟滞形式能量阱的振动抑制特性分析方法；研究了随机激励作用下耦合NES减振系统的振动抑制特性分析方法，完成了NES减振系统对随机激励振动抑制效果的评价。研究并建立了含有动静不平衡质量飞轮、柔性帆板并考虑帆板进动的卫星动力学方程；在MATLAB/Simulink中搭建仿真程序，分析了不同工况下空间干扰源对航天器姿态的影响；从控制的角度及减振结构设计的角度研究了考虑动力干扰的卫星多学科集成设计方法。研究并提出了较为全面的星敏感器误差建模方法，提出了用于星敏感器在轨标定的两步标定方法；制作了金属橡胶减振器样件，基于金属橡胶设计了某卫星仪器安装板的减振系统并进行了仿真分析与实验验证；完成了研究成果的软件集成，实现了卫星方案设计、论证中的应用。本项目形成了一套较为完整的高分辨率遥感卫星结构多学科集成设计方法，为遥感卫星结构的一体化优化设计提供了理论依据及研究平台。