空间拦截攻击区和威胁区仿真研究

基于冲量变轨理论,建立了天基动能拦截器通过一次变轨机动拦截目标的轨道机动模型,提出了攻击区和威胁区的概念,并给出了确定攻击区和威胁区的数值搜索算法.通过仿真计算,分别对不同的拦截时间和机动能力约束条件下攻击区和威胁区进行了仿真分析,结果表明,利用本算法能够方便地得到动能拦截器的攻击区和目标的威胁区,为拦截的实现提供必要的决策条件.     

能量约束下的动能拦截弹逆轨拦截攻击区建模

针对动能拦截弹(KKV)拦截高速目标的拦截末端对抗分析问题,提出一种末端拦截弹攻击区建模方法以及目标最优规避策略。首先,通过空间几何关系推导并得出了拦截弹与目标机动范围在攻击区中的投影计算方法。以所建立模型为基础,推导捕获区与逃逸区以及界栅的计算方法,并给出了显式表达式。随后,引入燃料消耗这一能量约束条件,进一步建立考虑能量约束的攻击区计算模型。对于目标,通过对所建立的攻击区及相应的投影进行分析得到了其最优规避策略。仿真结果表明,文中所建立的模型、投影计算方法及目标最优规避策略是正确的。利用本文提出的模型,可根据末端拦截弹与目标的参数对拦截弹捕获逃逸区进行快速计算。通过对不同情况下的攻击区进行分析,可为助推火箭与拦截弹末制导交接班条件的研究提供便利。     

低轨星载拦截器对高轨卫星的拦截

本文分析了低轨星载拦截器进行轨道机动拦截高轨卫星的能力。在拦截系统分析中,威胁区、防区和拦截区是三个基本概念。本文给出了其建模及求解方法,并利用数字仿真,给出了对应于不同拦截时间的典胁威胁区、防区和拦截区。     

同步卫星E/W轨道控制盒划分策略

对于当代同步轨道通信卫星来说,星载设备寿命一般都高于星载燃料使用寿命,因此卫星设计寿命都是以星载燃料消耗殆尽为依据的。卫星轨道保持不仅是卫星测控任务的重要工作之一,同时也是星载燃料消耗的主要途径。文中从卫星平经度漂移量、测站定轨精度、星载推进器推力误差、卫星南北机动对东西方向耦合等多方面探讨同步轨道通信卫星E/W轨道保持策略,介绍一种细化轨道控制区间、估算偏心率控制圆半径范围的方法。     

航天器轨道追逃博弈多阶段强化学习训练方法

针对航天器轨道追逃博弈问题,提出一种多阶段学习训练赋能方法,使得追踪星在终端时刻抵近逃逸星的特定区域,而逃逸星需要通过轨道机动规避追踪星。首先,构建两星的训练策略集,基于逻辑规则设计追踪星和逃逸星的机动策略,通过实时预测对方的终端位置,设计己方的期望位置和脉冲策略,显式给出追逃策略的解析表达式,用于训练赋能;其次,为提升航天器的训练赋能效率及应对未知环境的博弈能力,提出一种基于强化学习技术多模式、分阶段的学习训练方法,先使追踪星和逃逸星分别应对上述逻辑规则引导下的逃逸星和追踪星,完成预训练;再次,开展二次训练,两星都采用邻近策略优化(PPO)策略进行追逃博弈,在博弈中不断调整网络权值,提升决策能力;最后,在仿真环境中验证提出的训练方法的有效性,经过二次训练后,追踪星和逃逸星可有效应对不同策略驱动下的对手,提升追逃成功率。     

基于遗传算法的卫星攻击路径规划方法研究

当目标卫星的防御系统为以机动方式拦截来袭卫星的编队小卫星时,为能成功接近目标卫星.攻击卫星必须寻求一条安全路径,以避免在穿越过程中被小卫星拦截.在编队小卫星的相对轨道运动模型基础上.建立路径规划的环境模型.建立综合适应度函数,设计了遗传算子,提出了基于遗传算法的攻击卫星安全穿越路径寻优方法.仿真结果表明,提出的算法寻求的最优路径,较好地满足安全性和路程最短的要求,并且算法收敛性和稳定性好.     

卫星脉冲推力最优逃逸返回轨迹的非线性规划

重点研究了卫星通过轨道机动逃避碰撞、拦截并经一段时间后返回原轨道的逃逸方式。利用非线性规划理论建立了脉冲推力能量最省的逃逸轨迹规划模型，并考虑非球形摄动的影响对模型进行了修正。通过仿真验证了模型的正确性及求解的可行性，并分析了非球形摄动因素对逃逸过程的影响。     

卫星编队的多冲量轨道机动路径规划方法

基于多冲量轨道机动控制,研究应用微小推力发动机来实现卫星编队轨道机动控制的方法。首先简单介绍轨道机动控制的多冲量次优解的求解方法,并把此方法的改进算法应用于卫星编队的整体轨道机动控制;为降低单次冲量值,应用小推力发动机实现轨道机动,提出了卫星编队多冲量轨道机动的路径规划方法,这种方法把一个多冲量轨道机动过程分成多个来实现;最后,数值仿真结果表明:该方法简便、实用,可以解决单次冲量值过大而不易实现的问题,同时对于轨道摄动因素的影响具有鲁棒性。     

基于模型预测的轨道自主快速大机动控制

为改善太阳同步轨道(SSO)卫星轨道大机动经典控制方法的性能,提出了一种基于卫星动力学模型预测的轨道自主机动控制算法,用大推力轨控发动机开环控制加小推力器闭环修正进行控制。给出了制导策略和算法流程。理论分析和仿真结果表明,该控制算法适于卫星轨道自主快速机动控制,其轨控精度较高,收敛时间可满足快速性要求。     

空间飞行器连续径向推力机动轨道研究

在二体假设下对空间飞行器在径向推力作用下的机动轨道进行了研究。首先,在惯性坐标系中建立了空间飞行器在径向推力作用下的动力学方程,探讨了径向推力机动轨道的动量矩矢量和能量特性;然后推出了空间飞行器在径向推力作用下的逃逸条件,探讨了在圆轨道上运行的空间飞行器在连续常值径向推力作用下的三类机动轨道的特性,并给出了相应的算例及仿真计算结果;最后,研究了连续常值径向推力圆轨道,得出了空间飞行器在连续常值径向推力作用下沿圆轨道运行的条件,并与对应的等半径开普勒圆轨道和等角速度（等周期）开普勒圆轨道进行了比较。     

Design and implementation of the flight dynamics system for COMS satellite mission operations

The first Korean multi-mission geostationary Earth orbit satellite, Communications, Ocean, and Meteorological Satellite (COMS) was launched by an Ariane 5 launch vehicle in June 26, 2010. The COMS satellite has three payloads including Ka-band communications, Geostationary Ocean Color Imager, and Meteorological Imager. Although the COMS spacecraft bus is based on the Astrium Eurostar 3000 series, it has only one solar array to the south panel because all of the imaging sensors are located on the north panel. In order to maintain the spacecraft attitude with 5 wheels and 7 thrusters, COMS should perform twice a day wheel off-loading thruster firing operations, which affect on the satellite orbit. COMS flight dynamics system provides the general on-station functions such as orbit determination, orbit prediction, event prediction, station-keeping maneuver planning, station-relocation maneuver planning, and fuel accounting. All orbit related functions in flight dynamics system consider the orbital perturbations due to wheel off-loading operations. There are some specific flight dynamics functions to operate the spacecraft bus such as wheel off-loading management, oscillator updating management, and on-station attitude reacquisition management. In this paper, the design and implementation of the COMS flight dynamics system is presented. An object oriented analysis and design methodology is applied to the flight dynamics system design. Programming language C# within Microsoft .NET framework is used for the implementation of COMS flight dynamics system on Windows based personal computer.     

Low cost orbit transfer of inoperative satellites by a service vehicle

Tumble Orbit Transfer, which is an effective method of re-orbiting inoperative satellites is described. This is done by an independent service vehicle equipped with a long arm and a grapple mechanism on top of it. After grappling the target satellite, the service vehicle orients its axis perpendicular to the orbit velocity vector. Then a thruster is activated to give an impulse on the service vehicle, which simultaneously causes velocity change and tumbling of the combined system. Since the angular momentums of two masses are exchanged periodically, separation at a selected instance will bring each mass into different orbits, one with a higher energy and the other with a lower. Separation soon after the impulse application puts the target satellite into an elliptical orbit, and separation after a half orbital period puts it into a higher circular orbit, assuming the original orbit is circular. The amount of total impulse is exactly half of that required in a conventional method. In case the service vehicle returns to the original orbit after injecting the target into the new orbit. The required total impulse is further reduced to one-third maximum. Another important feature of this method is the ease of capturing. Because the dominant force during and after the impulse application is tension through the arm, bending rigidity in the capture mechanism is not required. Therefore, a simple grapple will be enough for this maneuver. Small fuel requirements and simple capturing make this method attractive for transferring orbiting objects, and only this will provide a method of re-orbiting inoperative satellites of arbitrary shape.     

分布式卫星系统在轨操作的多目标分配

针对空间在轨操作目标分配问题,以分布式卫星系统为研究对象,提出了一种基于粒子群算法的在轨操作多目标分配方法。以分布式卫星机动所消耗的总能量最省为目标函数,建立了在轨操作多目标分配的数学模型。基于固定时间拦截理论,以机动时刻和对应的速度增量作表征,设计实现了单颗卫星最优机动方案。通过合理设计粒子位置与目标分配解的对应关系,采用粒子群算法对问题进行了求解,并详细阐述了算法的实现步骤。算例分析结果表明,建立的模型和算法能够快速得到正确的可行解,可有效解决多约束条件下空间在轨操作的多目标分配问题。     

SST-LL重力测量卫星轨道分析

论述了SST-LL重力测量卫星科学任务对轨道寿命、地面覆盖性能、轨道高度单圈波动、星间距离变化范围的需求。根据需求,计算了轨道的自然衰减情况,得出轨道初始高度为500km;综合考虑地面覆盖要求及运载火箭能力,得出了最佳轨道倾角为89°;得出了0.002 0偏心率下轨道高度波动范围不超过50km;分析得出星间距离的长周期变化主要受大气阻力影响,初步确定了轨道控制方案,即定期对受大气阻力较大的卫星进行轨道机动。     

区域观察小卫星星座重构方法研究

在对地观测任务中，经过优化设计的卫星星座通常具有较强的适应能力。但是，当星座中某颗卫星失效或地面需求发生变化时，就需要进行星座重构，以恢复或增强对部分地区的观察能力。提出了小卫星区域观察组网的方法，重点探讨了在应急情况下区域观察小卫星星座的重构问题，研究了节省能量的卫星轨道机动方法，特别提出了保持轨道属性和星座基本构形的预置量机动方法，分析了应急机动星座重构的几种情况，给出了每种情况的星座重构策略。     

北斗三号卫星与上面级供电相关接口分析及验证

卫星采用运载火箭上面级发射入轨期间，经历了由大椭圆轨道至圆轨道的过程，飞行姿态经历了变轨、慢旋、分离后巡航等多个阶段。在太阳翼展开前，卫星要经历比自身变轨更为恶劣的高低温环境及能源紧张等供电风险。在分离时刻的太阳翼碰撞或干涉安全性也需要重点关注和分析。针对北斗三号一箭双星采用上面级直接入轨方式的特点，分析了卫星与上面级间的供电和热设计接口，并从双星分离安全性角度考虑，分析影响卫星与上面级接口安全性的主要要素，并对应用和验证情况进行总结。     

CHANG'E-2 lunar escape maneuvers to the Sun–Earth L2 libration point mission

This paper addresses lunar escape maneuvers of the first Chinese Sun–Earth L2 libration point mission by the CHANG'E-2 satellite, which is also the world's first satellite to reach the L2 point from a lunar orbit. The lunar escape maneuvers are heavily constrained by the remaining propellant and the condition of telemetry, track and command, among others. First, these constraints are analyzed and summarized to design a target L2 Lissajous orbit and an initial transfer trajectory. Second, the maneuver mathematical models are studied. The multilevel maneuver schemes which consist of phasing maneuvers and a final lunar escape maneuver are designed for actual operations. Based on the scheme analysis and comparison, the 2-maneuver scheme with a 5.3-h-period phasing orbit is ultimately selected. Finally, the mission status based on the scheme is presented and the control operation results are discussed in detail. The methodology in this paper is especially beneficial and applicable to a future multi-mission instance in the deep space exploration.     

非开普勒轨道下卫星交会变轨决策研究

针对卫星在非开普勒轨道下的运动特征,提出了研究卫星交会变轨决策的方法。首先,在Hill坐标下,采用比例导引方法求解卫星进行变轨机动时所需要的速度增量。然后,再通过Lagrange插值算法解出卫星在任意特征点上变轨机动所需要的速度增量,根据数字仿真得出大量的仿真数据并画出满足变轨决策条件的决策曲面。最后,对决策曲面的涵义做出分析,说明了该方法对于研究非开普勒轨道下卫星变轨决策问题具有一定的意义。     

动能拦截器末制导控制系统建模与仿真

对动能拦截器末段拦截的制导与姿态控制系统进行建模和仿真分析。首先建立末制导系统模型,其中包括拦截器结构模型、六自由度动力学与运动学模型、测量模型和制导控制律模型。重点分析了拦截器质心位置误差和发动机推力偏心造成的推力和力矩误差,以及由此造成的轨控系统与姿控系统的相互影响。采用一种分段末制导律,并将基于相平面分析的方法用于姿态控制律设计,以克服干扰力矩的影响。仿真分析表明,采用相应的轨控和姿控方案,能保证系统的稳定性,对目标进行成功拦截。