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实验简介

本项目面向飞行器设计与工程及相关专业,建设“微纳卫星设计与测控综合仿真实验”虚拟仿真平台,开展微纳卫星设计、测控与卫星在轨模拟实验。本项目依托课题组在微纳卫星研制方面的技术与软件系统积累,通过教学科研相互促进,充分发挥科研成果在教学工作中的作用,培养学生的科研意识与兴趣,实现科研与教学紧密结合。

教学团队
实验背景

微纳卫星以其成本低、模块化程度高、研发周期短等优势,日益受到航天领域的重视,同时也成为高校开展航天教育和卫星研究的重要途径。

但微纳卫星用于实验教学,仍然存在以下问题:

1)使用真实的微纳卫星教学,受资金限制,台/套数有限,学生只能观看一些演示实验,参与度低,无法满足学生实际动手能力培养的需求;

2)微纳卫星测控系统建设对场地、环境要求高,设备维护成本高,同时操作存在较高的风险;

3)当前国内仅有不到十所高校成功发射了卫星,学校内缺乏真实的卫星数据供学生使用进行算法验证,学生缺乏深入探索的兴趣。

因此,本项目面向飞行器设计与工程及相关专业,建设“微纳卫星设计与测控综合仿真实验”虚拟仿真实验室,开展微纳卫星设计、地面环境试验与测控实验。

本项目依托课题组在微纳卫星研制方面的技术与软件系统积累,通过教学科研相互促进,充分发挥科研成果在教学工作中的作用,培养学生的科研意识与兴趣,实现科研与教学紧密结合。

设计原则

实验参考教材

1.《热分析简明教程》(刘振海、陆立明、唐远旺)

2.《机械振动学(第2版)_闻邦椿》(闻邦椿 等编著)

3.《机械结构有限元分析(第2版)》(张文志)

4.《通信原理(第7版)》樊昌信、曹丽娜

5.《天线与电波传播》(曹祥玉 编著)

[1] 刘振海、陆立明、唐远旺. 《热分析简明教程》[M]. 北京:科学出版社.

[2] 闻邦椿. 《机械振动学(第2版)》[M]. 北京:冶金工业出版社. 

[3] 张文志. 《机械结构有限元分析(第2版)》[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.

[4] 樊昌信、曹丽娜. 《通信原理(第7版)》[M]. 北京:国防工业出版社.

[5] 曹祥玉. 《天线与电波传播》[M]. 北京: 电子工业出版社.


空间飞行器设计专业系列教材

1.《空间飞行器设计专业系列教材--宇航概论》(胡其正)

2.《空间飞行器设计专业系列教材--航天器总体设计》(彭成荣 编著)

3.《空间飞行器设计专业系列教材--航天器结构与机构》(陈烈民 编著)

4.《空间飞行器设计专业系列教材--航天器热控制技术——原理及应用》(侯增祺 编著)

5.《空间飞行器设计专业系列教材--空间环境工程学.》(黄本诚 编著)

[1] 胡其正. 《空间飞行器设计专业系列教材--宇航概论》[M]. 北京:中国科学技术出版社. 

[2] 彭成荣. 《空间飞行器设计专业系列教材--航天器总体设计》[M]. 北京:中国科学技术.

[3] 陈烈民. 《空间飞行器设计专业系列教材--航天器结构与机构》[M]. 北京:中国科学技术出版社.

[4] 侯增祺. 《空间飞行器设计专业系列教材--航天器热控制技术——原理及应用》[M]. 北京:中国科学技术出版社. 

[5] 黄本诚. 《空间飞行器设计专业系列教材--空间环境工程学》[M]. 北京:中国科学技术出版社. 

[6] 叶云裳. 《空间飞行器设计专业系列教材--航天器天线-理论与设计》[M]. 北京:中国科学技术出版社. 

[7] 叶云裳. 《空间飞行器设计专业系列教材--航天器天线-工程与新技术》[M]. 北京:中国科学技术出版社.  


课程目标

实验一:卫星认知与组装

1.1实验要求

在整体展示卫星形状结构的基础上,让学生直观观察到卫星主要由结构热控、姿控、通信、星务、电源五大分系统构成。了解卫星五大分系统的在卫星中的作用。同时,可以展示每个分系统的基本组成模块,掌握五大系统构建一个完整卫星的方式。

1.2操作步骤

操作一:卫星认知

认识所有卫星模块,了解其功能。

操作二:卫星组装学习

观看卫星组装过程教学。

操作三:卫星组装

根据组装教学和自己的理解,按照自由顺序随意组装卫星。

实验二:卫星热设计

2.1实验要求

本试验共包含如下两个要求:

1、修改卫星多层的厚度,设置环境条件,调节卫星工作模式,进行卫星热试验。

2、掌握真空罐的操作。

2.2实验步骤

第一步,输入多层的厚度。

第二步,设置待测温模块的温度采集点。

第三步,可以自由选择每块板的测量点,每块板测温点最多4个,总测温点最少1个,最多15个。

第四步,在卫星的表面,安装加热片,并将卫星放在支架上

第五步,打开真空罐门,将支架和卫星沿导轨放入真空罐中,关闭真空罐。

第六步,进行抽真空操作和降温操作。

第七步,启动热试验,根据选取的测温点,观察采集到的温度曲线变化。


实验三:卫星结构设计

3.1 实验要求

通过本实验,熟悉振动台的基本操作,并通过试验及数据分析,掌握卫星主承力结构设计的方法和原理。

3.2 操作步骤

第一步,输入外框厚度。

第二步,选择加速度测量的位置点。

第三步,将卫星安装在振动台上,设置振动台振动条件。

第四步,观察并记录输出数据。

实验四:微纳卫星测控

4.1 实验要求

1、了解卫星测控系统的构成,熟悉卫星测控系统的基本操作;

2、熟悉基本的卫星控制指令。

4.2 实验步骤

第一步,观看卫星轨道运动模拟;

第二步,了解不同视角下卫星运动信息;

第三步,指定卫星下行数据,并进行数据接收;

第四步,了解卫星常用的测控指令;向卫星发送动量轮A开/关指令,观察卫星运动变化;

4.3 实验数据分析

卫星在太空中沿轨道运行,其能源主要通过太阳电池阵接受太阳光照产生。卫星运行过程中,太阳光入射角实时变化。入射角的变化通过专业软件STK产生,有兴趣的同学可以课后自学该软件。

实验要求

一、实验目的

卫星设计及测控是集机械、通信、电子及控制系统于一体的大型复杂工程,本实验以微纳卫星作为仿真对象,通过虚拟仿真教学实验使学生掌握如下内容:

1)掌握微纳卫星系统构成及各组成系统工作原理与功能;

2)掌握微纳卫星热设计分析方法及热试验操作;

3)了解微纳卫星力学分析方法及振动试验操作;

4)掌握微纳卫星地面测控原理与构成并了解基本的卫星测控指令;;

5) 通过真实的卫星数据使学生了解微纳卫星在轨工作状态、空间环境特性。

二、实验要求

1、认识卫星结构热控、姿控、通信、星务、电源五大分系统构成,了解卫星分系统的基本概念和原理。掌握完整的卫星组装流程。

2、了解影响卫星温度的主要因素:卫星多层厚度和卫星运行工况。了解真空罐的基本操作,通过温度实验了解不同的多层厚度和工况条件下卫星的热力学特性。

3、掌握卫星结构设计对卫星的力学性能影响。了解振动台的基本操作,能通过振动台激励测量卫星不同位置的加速度。

4、了解卫星测控系统的基本构成、卫星与地面通信的基本概念以及卫星的基本控制指令。

成绩评定

本实验项目考核由操作考核和实验报告两部分构成,其中,操作考核占总成绩的60%,实验报告成绩占总成绩的40%。程序的四个模块中,卫星认知组装、卫星热实验和卫星结构实验和卫星测控均包含操作考试。四个模块各占操作考核成绩的25%。

实验报告由三部分组成:

1、卫星热实验分析

通过“卫星热实验”模块,学生对卫星进行了解后,将获得的卫星热实验的数据进行分析,完成曲线绘制,写入实验报告中,由实验老师评分,该项占实验报告成绩的40%。

 2、卫星结构实验分析

通过“卫星结构实验”模块,将记录的相应数据进行分析总结整理,完成曲线绘制写入实验报告,由实验老师评分,该项占实验报告成绩的30%。

3、卫星测控分析

通过“卫星测控”模块,将记录的相应数据进行分析总结整理,完成曲线绘制写入实验报告,由实验老师评分,该项占实验报告成绩的30%。

教学团队
  • 老师介绍: 现任南京理工大学副校长。长期从事微小卫星总体设计、航空航天产品数字化设计制造技术基础的教学与科研工作。先后主持和完成了国家/省部级重大科研项目20余项, 所带领的科研团队成功研制并发射了我国第一颗隐身微小卫星,及五颗立方体卫星。获国家科技进步二等、三等奖各一项,省部级科技进步一、二等奖10项。发表论文300余篇,出版专著2部,获专利及软件著作权50项。
  • 老师介绍: 博士,讲师,主要研究方向为微纳卫星平台和卫星测控软件开发。作为微纳卫星星载综合电子系统的负责人,先后成功发射了“南理工一号”、“南理工二号”、“八一少年行”、“淮安号”恩来星等卫星。发表SCI/EI论文10余篇。协助指导学生参加了 2015 年在广州举办的第十四届“挑战杯”,参赛项目获得了机械与工程类特等奖。
  • 郑侃

    郑侃

    副教授

    老师介绍: 南京理工大学机械工程学院副教授,主要从事航空航天先进设计制造技术研究。先后主持国家自然科学基金、国防科技基金、江苏省自然科学基金、航空科学基金等项目。先后参与了天巡一号微小卫星、南理工一号立方体卫星以及南理工二号立方体卫星的设计和试验工作,发表学术论文20余篇,授权发明专利5项。
  • 张翔

    张翔

    副教授

    老师介绍: 现任南京理工大学微纳卫星研究中心副主任,研究方向为微纳卫星总体设计技术、制造技术、卫星结构设计技术、卫星隐身设计技术。近年来作为负责人先后参与并发射了“八一少年行”、“淮安号”恩来星等卫星。
  • 老师介绍: 微纳卫星研究中心姿控系统负责人,长期从事微纳卫星姿轨控系统设计、部组件设计与研制、姿态测量与控制算法研究等工作,先后主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目。发表论文10余篇,获发明专利4项。
  • 老师介绍: 南京理工大学机械工程学院讲师。毕业于莫斯科鲍曼国立技术大学特种机械学院,专业为空间飞行器弹道、动力学与飞行控制,多年主要参与研究深空探测等相关课题工作,现从事空间飞行器(微纳卫星)轨道设计与动力学方向的教学和研究工作。在国内外重要学术期刊及国际学术会议上发表论文共16篇。
  • 老师介绍: 南京理工大学机械工程学院讲师。2017年至今在南京理工大学机械工程学院工作,从事航空宇航推进理论与工程方向的教学和研究工作,主要从事凝胶推进剂、小型固体火箭推力器的理论和实验研究。在国内外重要学术期刊及国际学术会议上发表论文8篇,其中7篇被SCI、EI、ISTP收录。
  • 杨海波

    杨海波

    副教授

    老师介绍: 南京理工大学机械工程学院副教授。2014年毕业于南京理工大学力学专业,获得工学博士学位。先后主持或参与国防973子专题、国家自然科学基金、江苏省生自然科学基金等多项项目,发表论文10余篇,申请专利5项。目前主要从事卫星总体设计、卫星结构热控设计及力学环境试验与仿真方面的研究工作。
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