航天器低频电缆网的设计方法探讨

航天器低频电缆网的设计方法探讨

陈菁 朱洁莹

上海空间推进研究所 上海 201112

摘要 为了能够提高航天器的实际载荷比，实现平台与低频电缆网的减重，可以利用采用矩阵电缆网技术来实现，为航天器电缆网的设计提供了新的发展方向。本文以某航天器低频电缆网的设计为例,对航天器低频电缆网的相关设计原则进行了详细介绍，并对该低频电缆网各项功能具体的实现方法进行介绍。此外还整理归纳了地面测试阶段的相关措施，在对该航天器电缆网的初样进行验证后发现,该低频电缆网的整体设计合理可行,完全能够满足对航天器各项任务要求。除此之外，本文还对航天器低频电缆网热控涂层进行了相关的论述，并对航天器的整体设计进行了研究。

关键词 热控涂层 低频电缆网 矩阵设计 优化减重

航天器低频电缆网能为航天器的能源分配和信号传输服务提供保障，最为关键的部分便是信号传输电缆，占据了整个电缆网的大部分质量。利用传统技术建造的低频电缆网采用的是离散电缆，导线数量很大并且连接十分复杂，很难满足现阶段对于航天器载荷比的要求。因此就需要对传统的低频电缆技术进行改进，从而有效降低整个服务系统的总质量。现阶段国内外对于低频电缆的研究并未涉及到电缆减重，重点研究致力于电磁方面的研究，对于减重的相关设计还并未进行实际实验。本文将对新型的矩阵电缆网进行研究论述，矩阵电缆网利用的是矩阵的相关特性，实现了资源的有效分配。为了保证航天器在高辐射环境中稳定有效的运行，就应当对航天器表面进行处理，利用不同的涂料来改变航天器的辐射特性，从而平衡航天器的温度。现阶段的热控涂层材料有多种，只有选取各项性能最好的涂层材料才能够更好地帮助航天器有效运转，并且对航天器的低频电缆网进行有效保护。

1. 矩阵式低频电缆网的优势

相比于传统的离散电缆网，矩阵式电缆网改换了拓扑结构，从而实现了整体资源的合理分配，并且将电缆结构进行了收拢式的设计。在传统的离散式电缆网中，拓扑的结构采用了网状结构，导线进行了一对一的链接从而导致各个通路不能实现共享。此外，矩阵式电缆网对信号传输电缆进行了优化设计，实现了扩容与共享并减轻了电缆的质量。

2. 矩阵网络相关概念与优势

矩阵网络的作用是传递矩阵的信号，然而矩阵的信号是纵横排布的，利用了纵横排布的特点实现了对设备的控制。将用户的设备配置与行列的交点处，而控制设备则位于行列的信号源与信号尾，并且通过主、备份控制系统进行控制，是整个控制系统更加高效可靠。利用矩阵式传输网络可以将最大的信号传递量成倍增长，这一数量远远大于传统的离散式网络，并且在进行大信号量的传输工作时，利用矩阵式电缆网能够更大程度上减轻传输电缆的质量，由此可以看出，矩阵式电缆网能够更好的适应对航天器整体载荷比提升的要求。

3. 遍历顺序下的资源分配

遍历顺序是指从矩阵电缆控制器出发，对各个用户设备进行依次访问的顺序，只有在特定的拓扑结构下，才能够确定出遍历的顺序。只有通过遍历顺序才能够将关于矩阵电缆的电气设计和机械设计进行有效的结合。主树电缆的收拢特性是由矩阵的结构所决定的，为了能够减轻质量并且快速的实现主树电缆的收缩，这就需要利用遍历顺序进行资源的有效分配。

3.1分配原则

根据矩阵电缆的相关特性和电缆的相关质量模型，矩阵资源的分配原则主要有两个方面，第一，遍历顺序相邻的设备能够将矩阵内的资源进行多重共享，从而实现更好的信号处理。第二，为了提高资源的利用效率，在进行资源分配时应当进行方块形分配。

3.2算例仿真

根据矩阵电缆的质量公式可以发现，在导线长度的影响之下，共享导线的数量对电缆的等效质量的影响要小于分支导线数量的影响。除此之外，影响因素还与控制器到导线的距离有关。最终通过分析可以发现，最优的设计方案是利用方形块矩阵资源，然后利用小矩阵进行连接，最终利用照遍历顺序来对资源空位进行填充与控制。这样的设计方案不仅能够充分实现矩阵的扩容特点，并且能够保证设备的紧密连接与资源共享效率的提升，实验证明这一方案是最好的优化方案。

4. 设计实例与验证

矩阵电缆网，是一个集合了多种设计为一体的综合系统，其中包含了资源分配、遍历顺序、传输通道和布局的设计，其中更是涉及到了多个领域方面的知识。为了更好的验证这一设计的有效性，对多个航天器进行了实验，最后发现电缆减重主要得益于减少了实际使用的信号线数量、增加了共享线两个方面，此外由于矩阵的布局作用，对于用户指令较多的情况可以采用矩阵式电缆网，对于传输指令较少的情况可以使用传统的离散式电缆网。通过实际的操作，充分证明了该方案的正确性。

5. 航天器热控涂层

现阶段的热控涂层材料种类很多，并且其作用也各不相同，但是在我国运用最广泛的还是涂料型和二次表面镜涂层，其中二次表面镜涂层有着质量和塑形方面的优点，广泛引用在航天器热控制领域。对于二次表面镜型热控涂层而言，能够根据材料内的热辐射传递过程进行分析，通过一系列的测算得出相关的反射率和介质系数。利用好相关涂料对航天器的保护作用，才能够保证航天器的低频电缆网能够有效运转。

结语

本文对矩阵型低频电缆网的相关结构进行了介绍，分析了期信号传输与共享的运转特点，最终将各项指标通过建模实现了量化，从而分析得出了最优的设计方案。还对便利顺序的相关概念和作用方法，引进到了矩阵式低频电缆网的功能分析之中，并且对电缆网的减重进行了充分的实验和理论分析。最后通过对多个航天器的实例验证分析，证实了这一新结构的可行性，这一方法具有广泛的可行性，能够为设计师提供研究方向，对航天器的制造有着很大的应用价值。

参考文献

[1]杜栩扬,邢杰,关春健, 等.基于矩阵信号传输的航天器低频电缆网设计[J].中国空间科学技术,2018,38(6):52-58.

[2]王颖艳,黄业平.航天器低频电缆网的设计[J].航天器环境工程,2013,30(2):200-202.

[3]于伟,魏平,王璐.面向制造的航天器低频电缆网辅助设计研究[C].//中国机械工程学会.2017航天先进制造技术国际研讨会论文集.2017:204-207.

[4]杨浩澜.航天器低频电缆自动测试准备系统的设计与实现[D].北华航天工业学院,2014.