面向航天器高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)空間環(huán)境下變形測(cè)量技術(shù)研究

面向航天器高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)空間環(huán)境下變形測(cè)量技術(shù)研究面向航天器高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)空間環(huán)境下變形測(cè)量技術(shù)研究

摘要：

隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越趨向高穩(wěn)定性，為了保證航天器在整個(gè)任務(wù)周期中的穩(wěn)定性，對(duì)航天器進(jìn)行變形測(cè)量顯得尤為重要。本文針對(duì)面向航天器高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)空間環(huán)境下變形測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了研究。首先，介紹了目前常用的航天器變形測(cè)量方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。其次，提出了基于激光干涉測(cè)量技術(shù)的新型變形測(cè)量方法，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，探討了該方法的適用范圍及其在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：航天器；高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；空間環(huán)境；變形測(cè)量技術(shù)；激光干涉測(cè)量

1.引言

航天器是人類(lèi)探索宇宙的重要工具，其具有各種機(jī)械、電子、光學(xué)等系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)間的互相影響無(wú)可避免，很可能導(dǎo)致因設(shè)計(jì)不當(dāng)，系統(tǒng)失穩(wěn)等問(wèn)題。航天器需要在極端的空間環(huán)境下工作，面臨著日曬、夜寒、強(qiáng)輻射、熱梯度等各種極端條件，在這樣的環(huán)境下，航天器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵。航天器結(jié)構(gòu)的變形會(huì)直接影響其性能和整個(gè)任務(wù)的成功與否，因此，對(duì)航天器的變形進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量成為了一個(gè)重要的研究方向。

2.航天器變形測(cè)量方法研究

目前，航天器變形測(cè)量方法主要包括光柵拉伸法、測(cè)量法、激光干涉測(cè)量法等。光柵拉伸法是一種常用的變形測(cè)量方法，它可以實(shí)時(shí)測(cè)量各個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的變形情況，而且可以記錄變形曲線，但是此方法不適用于變形量較大的航天器，同時(shí)受光柵分辨率的限制，只能檢測(cè)到較大變形幅度下的波動(dòng)狀況，并無(wú)法檢測(cè)到小幅度變形的信息。

測(cè)量法是一種主要適用于光學(xué)儀器的測(cè)量方法，利用光學(xué)儀器內(nèi)的稱(chēng)重儀或微波麥克風(fēng)可以測(cè)量到光學(xué)元件的變形，但是由于該方法儀器較為昂貴，并且只能在特定條件下使用，不適用于一些特殊環(huán)境下的變形測(cè)量。

激光干涉測(cè)量法是一種常用的研究光學(xué)系統(tǒng)變形的方法，它具有高精度、高靈敏度、非接觸等特點(diǎn)，而且可以測(cè)量到微小幅度的變形量信息，但是該方法需要采用高精度光學(xué)元件，且軟件算法需要進(jìn)一步優(yōu)化。

3.基于激光干涉測(cè)量的新型變形測(cè)量方法

針對(duì)目前存在的航天器變形測(cè)量方法的局限性，本文提出了一種基于激光干涉測(cè)量的新型變形測(cè)量方法。該方法以傳統(tǒng)的激光干涉測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，引入了自適應(yīng)光學(xué)元件及模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)航天器的變形情況進(jìn)行了準(zhǔn)確測(cè)量與分析。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，該方法在保證測(cè)量精度的同時(shí)，能有效地測(cè)量到航天器變形信息，具有很高的可靠性和普適性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果亦證明了該方法的有效性。通過(guò)設(shè)計(jì)、制作激光測(cè)量裝置，利用微小位移傳感器收集激光出射位移的變化，利用模擬技術(shù)精確模擬了航天器結(jié)構(gòu)的變形形態(tài)，并將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，證明了該方法基本準(zhǔn)確度高，可靠性強(qiáng)，可以用于航天器變形測(cè)量的應(yīng)用。

4.結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨向高穩(wěn)定化的現(xiàn)狀，提出了基于激光干涉測(cè)量技術(shù)的新型變形測(cè)量方法。該方法具有高精度、高靈敏度、非接觸等特點(diǎn)，在保證測(cè)量精度的同時(shí)，能夠有效地測(cè)量到航天器的變形信息，具有很高的可靠性和普適性。該方法有望在未來(lái)的航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用此外，該方法采用了自適應(yīng)光學(xué)元件及模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)航天器變形情況進(jìn)行了準(zhǔn)確測(cè)量與分析，具有創(chuàng)新性。同時(shí)，該方法需要采用高精度光學(xué)元件，以及進(jìn)一步優(yōu)化算法，才能更好地發(fā)揮其優(yōu)越性。

總體來(lái)說(shuō)，本文提出的基于激光干涉測(cè)量技術(shù)的新型變形測(cè)量方法，對(duì)于解決航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題具有重要意義。未來(lái)研究可以進(jìn)一步探索該方法在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使得航天器更加穩(wěn)定具有更高的可靠性未來(lái)研究可以從以下方面展開(kāi)：

首先，可以進(jìn)一步深入研究自適應(yīng)光學(xué)元件在該方法中的應(yīng)用。目前，該方法利用自適應(yīng)光學(xué)元件對(duì)航天器的變形情況進(jìn)行補(bǔ)償，但是自適應(yīng)光學(xué)元件的性能還有待提高，比如在響應(yīng)速度、精度等方面。因此，未來(lái)可進(jìn)一步優(yōu)化自適應(yīng)光學(xué)元件的性能，使其更加適合于航天器變形測(cè)量。

其次，可以加強(qiáng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的驗(yàn)證。雖然本文采用模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，但是在航天器實(shí)際應(yīng)用中，仍然需要采取更加嚴(yán)格的驗(yàn)證方法。因此，可以采用多種方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，比如采用其他測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，或者在實(shí)際航天器中進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)量等。

還可以進(jìn)一步研究該方法在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在許多問(wèn)題，比如設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、耐久性等方面。因此，可以將該方法應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高航天器的性能和可靠性。

最后，可以研究該方法在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文中提出的基于激光干涉測(cè)量技術(shù)的新型變形測(cè)量方法，不僅適用于航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還可以在其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。比如在工程建設(shè)中，對(duì)各種建筑結(jié)構(gòu)的變形情況進(jìn)行測(cè)量等。因此，未來(lái)可以探索該方法在其他領(lǐng)域的應(yīng)用除了以上提到的，還可以進(jìn)一步研究以下幾個(gè)方面：

一、探索激光干涉測(cè)量技術(shù)的新型應(yīng)用。激光干涉測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)激光光束的相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，因此在精度要求較高的場(chǎng)合中具有廣泛的應(yīng)用前景。可以進(jìn)一步探索其在微納米尺度測(cè)量、光學(xué)元件測(cè)量、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域的應(yīng)用。

二、發(fā)揚(yáng)優(yōu)勢(shì)和補(bǔ)充不足，改進(jìn)航天器設(shè)計(jì)。本文中提出的方法可以應(yīng)用于航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是當(dāng)前航天器結(jié)構(gòu)中仍然存在一些問(wèn)題，比如結(jié)構(gòu)重量過(guò)大、抗風(fēng)能力不足等。因此可以將本方法與其他方法結(jié)合，綜合考慮，提出更為合理、優(yōu)化的航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

三、探索激光干涉測(cè)量技術(shù)在新型材料領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展，新型材料的研究也變得越來(lái)越活躍，新型材料的物理特性與傳統(tǒng)材料有很大差別，因此需要更為精確的檢測(cè)手段。激光干涉測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)光學(xué)干涉來(lái)測(cè)量材料中微小的位移或形變，因此可以在新型材料領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也需要進(jìn)一步研究該技術(shù)與新型材料的適應(yīng)性及應(yīng)用前景。

四、將本方法應(yīng)用于航空領(lǐng)域中。航空領(lǐng)域?qū)C(jī)載航電進(jìn)行精確測(cè)量的需求也越來(lái)越大，而激光干涉測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)距離測(cè)量、速度測(cè)量等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此可以進(jìn)一步將本方法應(yīng)用于航空領(lǐng)域，提