Page 191 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 39 卷第 2 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 39 No. 2
2026 年 2 月 Journal of Vibration Engineering Feb. 2026

空 间 站 超 静 主 动 隔 振 技 术

李 青 ， 何柯达 ， 李 伟 ， 刘 磊 1,2
1,2
1,2
1,2
（1. 西北工业大学航天学院，陕西 西安 710072； 2. 陕西省空天飞行器设计重点实验室，陕西 西安 710072）

摘要：针对空间站光钟对超静力学环境的需求，研究适用于空间站复杂扰动环境的超静主动隔振技术。本文提出了一种综合
分离式电磁音圈作动器和低刚度限位弹簧的八支腿容错低频主动隔振单元设计方法，能够同时满足在轨宽频隔振及发射段
基频要求；介绍了隔振单元电控系统详细设计方案，自主开发了高带宽微力驱动和传感器微弱信号高精度采集调理电路，并
针对低频扰动诱发的控制饱和问题，设计了抗饱和控制算法；给出了所开发隔振单元的地面悬吊验证结果及空间站试验结
果。试验结果表明，所开发的隔振单元能够实现优于 98.5% 的微振动抑制效果，在空间站宽频带扰动下保证上平台微振动水
平小于 10 g。
−5
关键词： 空间站微振动；光钟；主动隔振；音圈作动器
中图分类号：TB535 文献标志码：A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202312019

Ultra-quiet active vibration isolation technology for space station

1,2
1,2
1,2
LI Qing ，HE Keda ，LI Wei ，LIU Lei 1,2
（1.School of Astronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China；
2.Shaanxi Provincial Key Lab of Aerospace Flight Vehicle Design，Xi’an 710072，China）
Abstract：Aiming at the requirements of the space station optical clock for ultra-static environment，ultra-static active vibration isolation
technology suitable for the complex disturbance environment of the space station is studied. A fault-tolerant low-frequency active vibration
isolation unit is designed based on non-contact voice coil actuators and low-stiffness springs. The proposed active vibration isolation unit can
simultaneously meet requirements of the broadband vibration isolation and the fundamental frequency in launch stage. The detailed design of
the electronic control system is given， and the high-bandwidth micro-force driver and high-precision signal conditioning circuit is
independently developed. An anti-saturation control algorithm is designed to address the control saturation problem induced by low-frequency
disturbances. The ground suspension verification results and space station verification results of the developed vibration isolation unit are given.
The experimental results illustrate that the developed platform can achieve a micro-vibration suppression effect of better than 98.5% in three
−5
directions. The micro-vibration level of the upper platform is suppressed less than 10 g under broadband disturbances of space station.
Keywords：space station micro-vibration；optical atomic clock；active vibration control；voice coil actuator

光钟作为一种重要的时间频率器件，近年来在 目前，在低水平微振动环境下，地面光钟的稳定
空间基础科学探索和前沿工程研究中受到了广泛的 度已经接近 10 −19 量级 [6-7] 。然而，相比于地面光钟，
关注 [1-2] 。国内外多个研究团队正在积极准备并推进 空间光钟的可实现性能受限于航天器太阳帆板运

太空光学时钟计划。欧盟的空间光学原子钟（SOC） 动、姿态调整、制冷机工作等微振动扰动对其关键
项目计划将光学时钟携带到国际空间站或轨道卫 部件光学参考腔的影响。对于存在交会对接、航天
星，目标是实现不确定性小于 1×10 −17 的空间光晶格 员运动等工况的空间站平台，其微振动扰动特性更
钟 。在“十三五”期间，中国提出了“高精密时频”计 加复杂，空间站中的微振动水平可达 10 g（g 为重力
−3
[3]
划，其目标包括建立不确定度优于 10 −18 的空间时频 加速度）量级，微扰动频率低至亚赫兹量级 [8-9] 。如何
体系，并在此基础上开展了空间时频科学实验。光 实现宽频带微振动的有效抑制是空间光钟高性能应
钟精度的提高对于引力波探测、广义相对论检测以 用中亟需解决的关键技术问题。
及 高 精 度 卫 星 导 航 等 具 有 重 要 的 推 动 意 义 [4-5] 。 被动隔振能够有效降低高频微振动影响，但其

收稿日期：2023-12-06；修订日期：2024-04-26
基金项目：国家自然科学基金资助项目（52305117，51675430）