欧洲“火星快车”探测器自行底盘概念设计的启示

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1、航天器环境工程第30卷第2期126SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年4月空间系绳的安全性设计准则探讨李爱军，张丛丛，王长青（西北工业大学国际空间系绳系统研究中心，西安710072）摘要：系绳的安全性设计是成功实施空间系绳试验非常重要的一环。文章首先介绍了空间系绳的发展状况，然后对已有的系绳材料与结构作了详细的介绍与分析，并通过对国外历次空间系绳试验的总结，给出了从安全性角度如何选择系绳的考虑因素。关键词：空间系绳；飞行安全；结构材料；空间环境适应性中图分类号

2、：V423.9文献标志码：A文章编号：1673-1379(2013)02-0126-05DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2013.02.0030引言原子氧以及空间碎片等，其中紫外辐射会导致系绳的性能退化，原子氧会造成系绳的剥蚀老化，而空间碎绳系卫星系统是指借助柔性系绳将两个或多个片的碰撞可能会切断系绳。因此，在系绳的材料选择卫星连在一起飞行的组合体，其用途涵盖微重力产上必须要充分考虑这些环境因素的影响。生、电动力推进、绳系交会及捕捉、空间碎片（含微流星体）清除和深空探测等

3、诸多重要领域。由于1.1主体材料系绳是这个系统的关键组成部分，所以选择一种合适空间系绳一般为由多种材料制作而成的组合的系绳是任务成功的关键。多年来，科研人员进行了体，其中起强度作用的材料为系绳的骨干部分。从多次空间系绳试验，但基本上没有达到预期效果，这目前已经实施的空间系绳试验来看，所用强度材料与系绳的选择不当有一定关系。例如，1992年，主要有Kevlar-29与Kevlar-49、Spectra-1000与TSS-1绳系卫星试验中由于缠绕之故使系绳只释放Spectra-2000以及Dyneem

4、a（迪尼玛）等。了268m[1]；1994年，SEDS-2绳系卫星试验中，释Kevlar（凯芙拉）是一种芳纶纤维，强度优于放出的系绳3.7d后就被空间碎片切断[2]；1996年，不锈钢，柔韧性好，耐磨且抵抗紫外辐射，可以制TSS-2试验中，系绳可能由于机械损伤导致电路短造成任务所需要的任何长度（不需要拼接）。路而被烧断[3]；1998年，ATEX绳系卫星试验任务Kevlar-29在高低温环境下性能很好，抗紫外辐射[5]中，只考虑了系绳的生存能力而未考虑其展开性和原子氧侵蚀的能力很强。在AIRSAT

5、、[6][7]能，结果可能是由于系绳的形状记忆特性或其他特AIRSEDS、ATM任务中，强度材料均使用了性而使系绳展开速率改变，从而导致展开失败[4]。Kevlar-29。相比Kevlar-29而言，Kevlar-49不易吸水，其抗热膨胀能力更优，在ProSEDS任务和后可见系绳的选择对试验的成败有着重要的影响。续的几个任务中均被采用。考虑空间环境因素对系绳安全性的影响，本文Spectra材料具有摩擦系数小、抗磨损能力强、主要从结构和材料两方面着手，对系绳的安全性进粉尘产生少的特性，其抗紫外能力优

6、于Kevlar，但耐行分析，并结合历次空间试验的结果，详细说明空热性能较差。Spectra-1000是由一种具有高适应性的间系绳在安全性设计方面应注意的问题。聚乙烯纤维编织而成的，它具有较高的比强度，是当1系绳的材料时（1993年）市场上可得到的耐冲击性最好的材料。[8][2][2][5]影响系绳安全的空间环境因素主要有紫外辐射、在SEDS-1、SEDS-2、TiPS、ATEX任务中，————————————收稿日期：2012-11-06；修回日期：2013-02-23基金项目：2011年度国家国

7、际科技合作计划资助项目作者简介：李爱军（1972—），男，博士学位，教授，研究方向为飞行器控制与仿真、先进控制理论及应用、空间系绳系统技术等。通信作者：张丛丛（1988—），女，硕士研究生，研究方向为飞行器控制与仿真、空间系绳系统技术；E-mail:congxiao7181122@163.com。第2期李爱军等：空间系绳的安全性设计准则探讨127均采用了Spectra-1000。2000年，研制单位又推出2.1km处都嵌入了3m长的焊接剂，以便在展开系了Spectra-2000，这是当时世界上强度

8、最大的合成绳时在18～19km处注入一个张力波。而在系绳总[9]纤维，主要使用在ProSEDS任务中。长度的中点处也嵌入了一个偶极子阵列，即这种嵌除了以上两种主要的材料外，使用过的强度材入是通过在10m长的尼龙单丝上每隔100mm处料还包括聚乙烯和Dyneema。由于聚乙烯材料存在使用25mm长的铝线进行。遗憾的是，在阵列展形状记忆特性及较大的静摩擦，在ATEX任务中，开前由于C波段雷达跟踪中止的原因而没有获取出现了系绳展开问题，导致试验任务失败。到关于阵列的数据。于是，在接下来的