中國空間實驗室上的微重力擾動數據分析 | npj Microgravity

2020-12-07 科學網
中國空間實驗室上的微重力擾動數據分析 | npj Microgravity

論文標題：Microgravity disturbance analysis on Chinese space laboratory

期刊：npj Microgravity

作者：Wenbo Dong,Wenxiang Duan,Wei Liu,Yongkang Zhang

發表時間：2019/07/08

數字識別碼：10.1038/s41526-019-0078-z

微信連結：https://mp.weixin.qq.com/s/48fmeYOz14lwwfIDLt4A3w

了解太空實驗室平臺的微重力環境至關重要。2017年4月20日，中國第一艘貨運飛船「天舟一號」（TZ-1）進入太空，隨後與「天宮二號」（TG-2）中國空間實驗室對接。TZ-1帶有高精度靜電懸浮加速度計系統（ES-ACC）和石英撓性加速度計（Q-ACC）的微重力主動振動系統（MAIS）。這兩種儀器的科學目標是驗證新技術。由於機會難得，這些設備產生的大量數據也同時為分析TG-2和TZ-1上的微重力加速度帶來了更多機會。

圖1：飛船石英撓性加速度計的擾動光譜圖(m/s2/Hz1/2) （上）；隔振後石英撓性加速度計的擾動光譜圖(m/s2/Hz1/2) （下）

(1) 組合體對地定向模式 (2) 組合體偏航模式 (3) TZ-1獨立飛行對地定向模式 (4) TZ-1獨立飛行偏航模式

中國科學院空間應用工程與技術中心的團隊分析研究了在不同飛行模式下，在TZ-1和TG-2中詳細記錄的有無隔振的微重力加速度數據。在時間頻率-振幅譜圖中綜合分析了加速度數據。在時頻幅譜圖中對加速度數據進行了綜合分析，並從中探索出一些具有軌道周期的周期性擾動，以及識別出一些與某些在軌事件相關的信號。這些擾動型號的測量對於中國太空實驗室微重力環境的準確評估，提供了有價值的信息。

圖2：放大擾動信號的細節特徵。(a)太陽能電池板的振動特點，(b)(c)天線驅動的振動特點，(d)某特殊負載的振動特點，(e)冷卻風扇和空調的振動特點。

圖3：安裝在TZ-1上的MAIS 和 ES-ACC

該研究是我國空間實驗室首次給出在軌局部載荷的擾動振動幅值和頻率點的準確值，對科學實驗項目了解軌道上擾動的工作狀態和隔振儀器設計具有一定的參考價值。

摘要：Many scientific experiments are conducted in space; therefore, it is critical to understand the microgravity environment of a space laboratory. The first Chinese cargo ship, Tianzhou-1 (TZ-1), entered space on 20 April, 2017 and later joined with the Tiangong-2 (TG-2) Chinese space laboratory. TZ-1 carried a high-precision electrostatic suspension accelerometer system (ES-ACC) for measuring the microgravity acceleration on the spacecraft and a microgravity-active vibration system (MAIS), which contained flexible quartz accelerometers (Q-ACC). The ES-ACC was able to provide a reduced-disturbance environment for the MAIS. The purpose of these two instruments was to validate novel technologies and as an opportunity to record the microgravity acceleration of TZ-1 and TG-2 in detail during spacecraft operation in different flight modes, with or without vibration isolation. The acceleration data were analyzed comprehensively in a time–frequency–amplitude spectrogram. Some periodical disturbances with orbital period and irregular signals related to certain in-orbit events were observed. After reducing those disturbances, the microgravity levels on TZ-1 and TG-2 could be resolved to better than 10−6 m/s2 in the root mean square in the frequency of 0.01–10 Hz. These accurate measurements aboard the Chinese space laboratory will provide valuable information to optimize working conditions for scientific experiments.

（來源：科學網）

 

 

 

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