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EPRO優(yōu)勢(shì)PR9376-010-010傳感器

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EPRO優(yōu)勢(shì)PR9376-010-010傳感器
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中,現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢(shì),而測(cè)試系統(tǒng)的前端是傳感器,它是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂,被世界各國(guó)列為*技術(shù),特別是近幾年快速發(fā)展的IC技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。使傳感器的發(fā)展日新月益,且數(shù)字化、多功能與智能化是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要特征。

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有效載荷是指航天器上裝載的為直接實(shí)現(xiàn)航天器在軌運(yùn)行要完成的特定任務(wù)的儀器、設(shè)備、人員、試驗(yàn)生物及試件等。航天器有效載荷是航天器在軌發(fā)揮終航天使命的重要的一個(gè)分系統(tǒng)。 [1] 

有效載荷是航天器重要組成部分,說(shuō)它重要,是因?yàn)閷?duì)有效載荷選擇和設(shè)計(jì)的終功能和性能的品質(zhì)將直接影響到終特定航天任務(wù)實(shí)現(xiàn)的品質(zhì)。航天器平臺(tái)裝載了有效載荷,就成為完整的能完成特定空間任務(wù)的航天器了。因此,若把航天器視為一級(jí)系統(tǒng),則平臺(tái)和有效載荷是從屬于它的兩個(gè)二級(jí)系統(tǒng),二者是處在同一層次的兩個(gè)分系統(tǒng)。 [2] 

中文名

有效載荷

外文名

Payload

性    質(zhì)

航天器分系統(tǒng)

目錄

  1. 1 分類(lèi)
  2. 2 地位與作用
  3. 3 工作環(huán)境
  4. 4 系統(tǒng)研制程序
  5. 5 研制要求

分類(lèi)

編輯

航天器的有效載荷隨著任務(wù)的不同而不同,故其種類(lèi)繁多,有多種不同的分類(lèi)。按照航天器及有效載荷的用途,大致可分為遙感類(lèi)(或稱(chēng)為信息獲取類(lèi))、通信類(lèi)(或稱(chēng)為信息傳輸類(lèi))、導(dǎo)航類(lèi)(或稱(chēng)為信息基準(zhǔn)類(lèi))、科學(xué)類(lèi)、對(duì)抗類(lèi)及其他,如概述圖所示。 [2] 

衛(wèi)星的有效載荷就是直接執(zhí)行特定衛(wèi)星任務(wù)的儀器、設(shè)備或分系統(tǒng)。有效載荷的種類(lèi)很多,即使是同一種類(lèi)型的有效載荷,性能差別也很大。有效荷載能力就是指這些儀器、設(shè)備或分系統(tǒng)的性能和探測(cè)能力。

遙感類(lèi)有效載荷是指對(duì)地觀測(cè)的各種遙感器,包括可見(jiàn)光遙感器(利用膠片和光電)、多光譜掃描儀、紅外遙感器、微波輻射計(jì)(無(wú)源)、雷達(dá)或散射計(jì)等。這些遙感器可以獲得地面(水面)或大氣、空間等的各種或民用信息。

通信類(lèi)有效載荷是一種典型的有效載荷,主要由轉(zhuǎn)發(fā)器和天線組成。這類(lèi)有效載荷可用用或民用衛(wèi)星通信,也可用于遙感類(lèi)航天器的信息對(duì)地傳輸,在商業(yè)和軍事航天活動(dòng)中占有統(tǒng)治地位。 [2] 

導(dǎo)航類(lèi)有效載荷是指提供空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)信息的各種儀器和設(shè)備。這類(lèi)有效載荷可用于衛(wèi)星導(dǎo)航。

科學(xué)類(lèi)有效載荷包括X射線望遠(yuǎn)鏡分光儀、太陽(yáng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、離子質(zhì)譜儀、X射線分光計(jì)以及各種空間環(huán)境測(cè)量和監(jiān)測(cè)裝置等。這類(lèi)有效載荷可用于空間環(huán)境探測(cè)、天文觀測(cè)和空間科學(xué)試驗(yàn)等。

對(duì)抗類(lèi)有效載荷包括激光、微波、粒子束、動(dòng)能、電子干擾、機(jī)器人抓捕或吸附、計(jì)算機(jī)病毒、污染等工具或設(shè)備。這類(lèi)有效載荷可用于空間防對(duì)抗。 [2] 

其他有效載荷主要包括新技術(shù)試驗(yàn)有效載荷和特殊有效載荷兩類(lèi)。新技術(shù)試驗(yàn)有效載荷是指一些未得到在軌考驗(yàn)的新的航天器、分系統(tǒng)和儀器設(shè)備乃至元器件等技術(shù),通過(guò)專(zhuān)門(mén)的新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射到某種軌道上進(jìn)行試驗(yàn),以驗(yàn)證其原理、方案、可行性、兼容性和可靠性等。特殊有效載荷是指非技術(shù)性的有效載荷,例如,太空旅游(有效載荷是旅游者)、太空紀(jì)念品(有效載荷是信封、旗幟等)。 [2] 

單一用途的衛(wèi)星,一般裝有一種或兩種有效載荷。多用途衛(wèi)星,一般裝有幾種有效載荷。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展,有效載荷也在逐步向低功耗、小質(zhì)量和小體積的方向發(fā)展。對(duì)于對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星而言,把多種遙感器安裝在一顆衛(wèi)星上去完成不同的任務(wù),是提高效費(fèi)比的主要發(fā)展趨勢(shì)。安裝不同有效載荷的衛(wèi)星,結(jié)果就是多用途衛(wèi)星,如資源偵察衛(wèi)星、環(huán)境氣象衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星等。

地位與作用

編輯

有效載荷是航天器的核心,在航天器設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用。

1.從應(yīng)用功能看

航天器的性質(zhì)和功能主要是由有效載荷決定的??臻g航天任務(wù)是通過(guò)航天器來(lái)完成的,而航天器在太空中完成任務(wù)、實(shí)現(xiàn)功能的標(biāo)志是產(chǎn)生符合任務(wù)要求的輸出。航天器的有效輸出主要是有效載荷的輸出。航天器平臺(tái)內(nèi)的各分系統(tǒng)一般是從不同的角度和方面為產(chǎn)生直接輸出的有效載荷或?yàn)槠脚_(tái)內(nèi)其他分系統(tǒng)提供服務(wù)和支持的。例如,通信廣播衛(wèi)星上提供通信和廣播服務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)器和天線;氣象衛(wèi)星上獲得大氣云圖的各種輻射計(jì)、合成孔徑雷達(dá);地球資源衛(wèi)星上的CCD相機(jī)、紅外相機(jī);海洋衛(wèi)星上的海洋水色儀、雷達(dá)高度計(jì)與成像光譜儀等。 [2] 

2.從研制難易看

有效載荷因其種類(lèi)繁多、儀器復(fù)雜,現(xiàn)成為航天器研制中的瓶頸所在。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,航天技術(shù)走向應(yīng)用階段的今天,平臺(tái)已經(jīng)比較成熟了,而其上的有效載荷,卻因航天任務(wù)的多樣性,要滿(mǎn)足多種應(yīng)用任務(wù)的需要,研發(fā)更多的新儀器、新設(shè)備。而每一種新型遙感儀器、觀測(cè)儀器、科學(xué)儀器的研制,從用戶(hù)需求出發(fā),經(jīng)初步方案論證、可行性研究,到確定總體方案,進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),模樣、初樣、正樣階段研制,到后發(fā)射上天,大約需要十年甚至幾十年的時(shí)間。 [2] 

3.從研制經(jīng)費(fèi)看

有效載荷與平臺(tái)研制經(jīng)費(fèi)比例約為3:1,有效載荷占有明顯的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是遙感衛(wèi)星還是通信衛(wèi)星,平臺(tái)與有效載荷質(zhì)量之比、研制經(jīng)費(fèi)之比,兩者的比例關(guān)系相似。有效載荷研制經(jīng)費(fèi)約占整星總經(jīng)費(fèi)的75%,也就是說(shuō)有效載荷研制經(jīng)費(fèi)約是平臺(tái)的3倍。這也從一方面說(shuō)明了有效載荷在整星研制中的份量和重要性。

因此,要使有效載荷能夠在軌正常發(fā)揮航天使命,就必須要求航天器各個(gè)保障分系統(tǒng)在軌全壽命周期內(nèi)都要正常工作,向有效載荷提供必要的支持和保障,否則再好的有效載荷也不能發(fā)揮終的作用。這就要求航天器的電源分系統(tǒng)向有效載荷提供足夠的電源;熱控分系統(tǒng)要保證有效載荷有合適的工作溫度;結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)要保證有效載荷有足夠的強(qiáng)度和剛度;控制分系統(tǒng)要向有效載荷提供軌道保持和高精度的指向;測(cè)控、數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)要向有效載荷提供足夠的遙測(cè)參數(shù)和遙控指令等。這里要補(bǔ)充一點(diǎn)說(shuō)明,上述各保障分系統(tǒng)不僅要為有效載荷提供必要的支持和保障,而且,要為各保障分系統(tǒng)之間相互提供必要的支持和保障。所以,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),組成航天器平臺(tái)的各分系統(tǒng)既要以有效載荷的需要作為它們基本的設(shè)計(jì)要求,同時(shí),有效載荷對(duì)平臺(tái)各分系統(tǒng)提出的設(shè)計(jì)要求,也應(yīng)是在航天器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師主持下,經(jīng)有效載荷和平臺(tái)各分系統(tǒng)充分協(xié)商后確定的,應(yīng)符合航天器功能實(shí)現(xiàn)和整體優(yōu)化的原則。 [2] 

同樣,由于航天器有效載荷又是航天器應(yīng)用系統(tǒng)的組成部分,所以航天器有效載荷的設(shè)計(jì)還必須滿(mǎn)足航天器應(yīng)用系統(tǒng)的需求,要做好與應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)其他組成部分的協(xié)調(diào),努力實(shí)現(xiàn)航天器應(yīng)用系統(tǒng)的整體優(yōu)化。例如,通信衛(wèi)星有效載荷的轉(zhuǎn)發(fā)器飽和通量密度Ws、有效全向輻射功率EIRPs。、接收系統(tǒng)性能品質(zhì)( G/T)s。等指標(biāo)必須與地面應(yīng)用系統(tǒng)(各種地面通信站或終端)的有效全向輻射功率EIRPE、接收系統(tǒng)性能品質(zhì)(G/T)E。等指標(biāo)通過(guò)通信鏈路分析使其協(xié)調(diào),才有可能使衛(wèi)星完成在軌航天任務(wù),實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信。 [2] 

工作環(huán)境

編輯

有效載荷作為航天器系統(tǒng)的核心,其設(shè)計(jì)要求和一般工程系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求不同。其中,產(chǎn)生不同的大原因之一是由于它會(huì)遇到一般工程系統(tǒng)項(xiàng)目所沒(méi)有的一些特殊環(huán)境。這些特殊環(huán)境主要包括有效載荷暴露在太空運(yùn)行時(shí)所遇到的各種外部空間環(huán)境(如大氣環(huán)境、等離子體環(huán)境、空間碎片等),以及有效

載荷在航天器內(nèi)部所遇到的各種平臺(tái)內(nèi)部環(huán)境(如力學(xué)環(huán)境、熱環(huán)境、電磁環(huán)境等),如圖2 -1所示。在有效載荷分析與設(shè)計(jì)中,需要把這些特殊環(huán)境作為約束條件,使研制出的有效載荷能適應(yīng)這些特殊環(huán)境。正是由于特殊環(huán)境的影響,航天器有效載荷的研制過(guò)程和產(chǎn)品與一般項(xiàng)目有很大的區(qū)別,例如空間相機(jī)與家用相機(jī),在結(jié)構(gòu)、外形、材料、性能、價(jià)格等方面都有很大差異。因此,研究有效載荷的環(huán)境要素及其對(duì)有效載荷的影響,在有效載荷的研制和應(yīng)用全過(guò)程中占有特殊重要的地位,也是有效載荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)和依據(jù)。 [2] 

系統(tǒng)研制程序

編輯

有效載荷分系統(tǒng)的研制一般要經(jīng)歷約束條件分析、技術(shù)指標(biāo)確定、技術(shù)方案制定、技術(shù)指標(biāo)分配、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證、制造裝配和應(yīng)用等步驟(見(jiàn)圖3 -3),而且往往要有幾次循環(huán)反復(fù),才能使研制方案更合理、更優(yōu)化。

1.約束條件分析這是有效載荷系統(tǒng)研制的*步。需要在航天器總體分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,考慮航天器的系統(tǒng)要求、環(huán)境條件、技術(shù)水平、時(shí)間周期、經(jīng)費(fèi)投入等多種制約因素,進(jìn)行有效載荷系統(tǒng)的約束條件分析,明確有效載荷系統(tǒng)研制的目標(biāo)和技術(shù)途徑。 [2] 

2.技術(shù)指標(biāo)確定

航天器的主要特征和性能參數(shù),例如外形尺寸、質(zhì)量、功耗、姿態(tài)控制精度等,主要是根據(jù)有效載荷的要求而確定的。因此,在有效載荷總體技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮航天器平臺(tái)的承載能力,兼顧技術(shù)指標(biāo)的*性與可實(shí)現(xiàn)性,通過(guò)綜合分析和論證,確定有效載荷的總體技術(shù)指標(biāo)。有效載荷的總體技術(shù)指標(biāo)應(yīng)全面和定量,具有確切的定義,并具有可測(cè)性。 [2] 

3.技術(shù)方案制定

方案制定應(yīng)以滿(mǎn)足總體技術(shù)指標(biāo)為前提,研究分析各種限制條件,制定多種技術(shù)方案,從中選擇方案。所確定的方案應(yīng)兼顧創(chuàng)新性和繼承性:鼓勵(lì)采用新技術(shù)、新材料、新工藝以及*的設(shè)計(jì)方法和手段,但應(yīng)盡可能地采用現(xiàn)成的和成熟的技術(shù),盡可能地采用簡(jiǎn)潔的而整體性能和功能又能滿(mǎn)足要求的方案,這樣可以節(jié)省經(jīng)費(fèi),縮短研制周期,提高可靠性。 [2] 

4.技術(shù)指標(biāo)分配

有效載荷總體技術(shù)指標(biāo)的分配,一般要經(jīng)過(guò)分析預(yù)估、調(diào)整、驗(yàn)證等迭代過(guò)程。在有效載荷總體方案和技術(shù)指標(biāo)確定后,要將其指標(biāo)分配到有效載荷內(nèi)部的各子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)通過(guò)分析和比較,終確定各子系統(tǒng)方案,從而分析、預(yù)測(cè)出各子系統(tǒng)所能達(dá)到的指標(biāo)值。綜合各子系統(tǒng)對(duì)總體技術(shù)指標(biāo)所能作的貢獻(xiàn),得出有效載荷的總體技術(shù)指標(biāo)預(yù)測(cè)值。如果預(yù)測(cè)值達(dá)到或優(yōu)于總體設(shè)計(jì)指標(biāo),則可以按預(yù)測(cè)值為基礎(chǔ)進(jìn)行分配;如果預(yù)測(cè)值不滿(mǎn)足總體設(shè)計(jì)指標(biāo)要求,就要進(jìn)行另一個(gè)循環(huán)的分配和預(yù)測(cè),必要時(shí)應(yīng)對(duì)影響總體設(shè)計(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵子系統(tǒng)從方案到技術(shù)途徑等方面做進(jìn)一步的改進(jìn)、優(yōu)化。這種指標(biāo)分配的迭代過(guò)程使指標(biāo)分配結(jié)果達(dá)到佳的效果。 [2] 

5.詳細(xì)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

在有效載荷的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段,技術(shù)方案、技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)途徑都已經(jīng)明確,應(yīng)對(duì)有效載荷的各子系統(tǒng)、各部件進(jìn)行詳盡的設(shè)計(jì),為有效載荷制造和系統(tǒng)軟件制作提供全部技術(shù)資料。根據(jù)有效載荷詳細(xì)設(shè)計(jì)制造和裝配出來(lái)的產(chǎn)品,應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)、試驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證有效載荷的性能、功能以及環(huán)境適應(yīng)性。如果在檢測(cè)和試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,則需要改進(jìn)設(shè)計(jì),甚至重新進(jìn)行約束條件分析,并根據(jù)改進(jìn)設(shè)計(jì)制造和裝配出新的產(chǎn)品,再進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn),直到所有的檢測(cè)和試驗(yàn)均能通過(guò)為止。 [2] 

詳細(xì)設(shè)計(jì)分初樣和正樣兩個(gè)階段。全部通過(guò)檢測(cè)、試驗(yàn)和環(huán)境模擬試驗(yàn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)稱(chēng)為有效載荷的正樣詳細(xì)設(shè)計(jì);需修改和改進(jìn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)稱(chēng)為有效載荷的初樣詳細(xì)設(shè)計(jì)。

6.制造裝配和應(yīng)用

有效載荷詳細(xì)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的后繼研制程序就是有效載荷正樣的制造裝配和應(yīng)用,應(yīng)注重使設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品有較好的工藝性、裝配性和可靠性,注重制造裝配和應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。

研制要求

編輯

不同類(lèi)型的有效載荷其具體研制要求不同,甚至有相當(dāng)大的區(qū)別,然而,有一些共同性的問(wèn)題在研制中是必須加以考慮的。航天器有效載荷的研制應(yīng)遵循以下基本要求:

1.認(rèn)真理解用戶(hù)需求,正確確定總體技術(shù)指標(biāo)

該項(xiàng)工作是十分重要的。用戶(hù)需求往往是針對(duì)航天器或針對(duì)整個(gè)航天器應(yīng)用系統(tǒng)提出的,而不是直接對(duì)有效載荷提出的,有效載荷設(shè)計(jì)者就需要與航天器應(yīng)用系統(tǒng)和航天器總體設(shè)計(jì)者一起,根據(jù)用戶(hù)需求,進(jìn)行綜合分析,確定有效載荷的總體指標(biāo),要盡量全面和定量。例如對(duì)于光學(xué)成像遙感衛(wèi)星,用戶(hù)往往提出地面分辨率、觀測(cè)帶寬度、重復(fù)觀測(cè)周期等要求,也不是*針對(duì)有效載荷的,而與衛(wèi)星軌道類(lèi)型(包括傾角、高度等)、光學(xué)系統(tǒng)的焦距、像元尺寸、掃描方式、指向控制能力等都有密切的關(guān)系。 [2] 

2.認(rèn)真研究各種約束條件,科學(xué)選擇有效載荷方案

有效載荷的設(shè)計(jì)一般都有幾種方案可供選擇,在滿(mǎn)足總體指標(biāo)前提下,必須認(rèn)真研究各種約束條件,從多方面進(jìn)行比較,盡量使選擇的方案優(yōu)化。方案的比較要盡量量化,不同因素要賦予不同的權(quán)重。過(guò)分強(qiáng)調(diào)方案的技術(shù)指標(biāo)越高越好的觀點(diǎn)是不正確的,應(yīng)以滿(mǎn)足用戶(hù)需求為原則;當(dāng)然技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性的考慮也是重要的。 [2] 

3.從系統(tǒng)出發(fā),合理分配技術(shù)指標(biāo)

有效載荷總體技術(shù)指標(biāo)確定后,要將指標(biāo)合理分配至設(shè)備級(jí)、部件級(jí)。這種分配要將有效載荷作為系統(tǒng)看待,進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合分析,指標(biāo)分配結(jié)果要使系統(tǒng)優(yōu)。例如,衛(wèi)星光學(xué)遙感系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)( MTF)已分配至有效載荷光學(xué)遙感器之后,要將光學(xué)遙感器作為系統(tǒng)進(jìn)行MTF指標(biāo)分配。光學(xué)遙感器的MTF是光學(xué)系統(tǒng)MTF、探測(cè)器MTF和成像電路MTF等之積,MTF指標(biāo)的科學(xué)合理分配必須從系統(tǒng)出發(fā)。 [2] 

4.通過(guò)仿真和試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)

上面所說(shuō)的確定總體指標(biāo)、選擇方案、分解指標(biāo)并不是一個(gè)單方向過(guò)程,往往需要多次迭代,才能使設(shè)計(jì)更加合理、科學(xué);與此同時(shí)在設(shè)計(jì)中建立和應(yīng)用恰當(dāng)?shù)哪P瓦M(jìn)行仿真分析可以使設(shè)計(jì)更優(yōu)化。通過(guò)仿真分析確定系統(tǒng)、設(shè)備和部件的參數(shù),對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行預(yù)估,可降低研制成本,縮短研制周期,但模型的正確性必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。即使這樣,一般還需要進(jìn)行“設(shè)計(jì)一試驗(yàn)驗(yàn)證一修改設(shè)計(jì)”的循環(huán),才能使設(shè)計(jì)盡量滿(mǎn)足要求。這就是各研制階段的任務(wù),每個(gè)階段都要通過(guò)評(píng)審。 [2] 

總體而言,航天器有效載荷的研制主要要考慮以下原則:

(1)技術(shù)指標(biāo)的確定應(yīng)滿(mǎn)足用戶(hù)要求,兼顧*性與可實(shí)現(xiàn)性。

(2)技術(shù)途徑的選擇應(yīng)盡量采用成熟技術(shù),以保證可靠性和經(jīng)濟(jì)性等。

(3)技術(shù)方案的制定應(yīng)充分考慮各種約束條件,以及加工、裝調(diào)和測(cè)試的可行性。

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