高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统设计

针对高轨卫星锂离子蓄电池组在轨管理问题,文章在分析锂离子蓄电池组特性及在轨使用需求的基础上,提出了锂离子蓄电池组自主管理系统的设计,并在某高轨卫星上进行了验证。根据在轨数据,从工作模式转换、充放电管理、均衡管理、搁置管理等方面对管理系统的验证情况进行总结。提出的自主管理系统可为后续高轨卫星锂离子蓄电池组自主管理系统的设计提供参考。     

迭代法求解航天器热网络方程的收敛条件与时间步长优化

热分析计算是航天器热设计验证和在轨温度预示的重要手段,其实质是对描述航天器在轨状态的能量平衡方程即热网络方程的求解。作为典型的非线性问题,航天器热网络方程通常采用迭代法求解,且目前尚无完善的理论可以判断迭代过程的收敛性和收敛条件。文章根据航天器热控设计的工程实际,提出一种可行的近似方法,实现了热网络方程的线性化;在此基础上对迭代法求解过程中的收敛性进行分析,确定了收敛条件下对节点热参数和时间步长的约束关系;并进一步分析时间步长与计算效率的关系,提出了以计算效率为优化目标的最优时间步长确定方法。最后通过某典型航天器热物理模型的计算验证了上述方法的正确性。     

航天器组合体能量平衡分析系统设计及应用

针对航天器组合体的任务特点,提出了适用于组合体飞行、电源系统并网运行的能量平衡分析方法,并在此基础上设计了能量平衡分析系统。该系统包括能量平衡分析及实时监控两个模块,其中:能量平衡分析模块通过遮挡计算输出精确的太阳电池阵发电能力,利用实时负载状态及飞行程序计算航天器负载变化,并内嵌有应对长期在轨运行电源系统性能衰降问题的用户数据交互界面,同时考虑并网功率以及电源系统正常、故障多种工作模式,保证能量平衡计算精确度;实时监控模块将航天器在轨运行实时下传数据与理论分析值同步显示,可读性高,便于及时发现问题。文章设计的系统应用于2次交会对接飞行控制任务中,其计算效率高,精度高,为电源系统使用规划提供了理论基础。     

航天器刚性太阳翼在轨一维展开时间近似算法

针对航天器总体方案设计阶段迭代数值仿真太阳翼在轨展开时间计算复杂问题,以航天器刚性基板一维展开太阳翼为研究对象,将太阳翼的在轨展开运动简化为单自由度的刚性运动。利用动-势能守恒原理,推导了太阳翼在轨展开时间的理论公式。根据实际工程参数对太阳翼展开时间的理论公式进行了简化、拟合,建立了太阳翼展开时间的近似算法。近似算法解析计算的太阳翼在轨展开时间与数值仿真计算结果比对表明:相对误差小于10%,可以满足工程要求。用该近似算法,可在航天器总体方案设计阶段较为简单地计算并合理提出太阳翼在轨展开时间指标。     

载人航天器在轨维修地面仿真验证技术

为满足载人航天器型号对微重力和真空环境下的维修性仿真验证需求,文章提出并实现了一种混合式仿真验证平台。阐述了在轨维修仿真验证平台整体构架,建立了航天员模型、航天服模型及舱体维修模型,给出了在轨微重力和真空环境下进行维修的可视性、可达性及维修操作时间的仿真验证方法。利用该平台对在轨维修任务进行仿真验证,结果表明,该平台可以有效仿真和验证在轨维修,为维修性设计和优化提供了手段。     

一种航天器电加热智能控制策略

降低航天器平台各分系统的功率需求是提高航天器承载能力的重要手段之一。部分航天器的热控功率占比偏高,而消耗功率的主要电加热器因控制算法简单,在轨功耗呈现明显的波峰波谷。文章提出了一种旨在优化电加热器总功率的电加热智能控制策略,并根据某导航卫星热设计和在轨遥测数据,选取蓄电池和推力器的加热器为代表进行了仿真分析,结果表明:智能控制策略具有良好的收敛性,蓄电池和推力器的加热器功率需求分别下降50%和45%,可以推广应用到其他航天器。     

服务型航天器共轨式轨道机动方式研究

随着航天器应用领域的不断扩大,在轨服务将有广阔的发展空间。当高价值的有人或无人航天器出现故障时,需要在最短的时间内获得在轨应急服务。本文首先根据未来服务型航天器提供应急服务面临的实际问题,分析研究了服务类型及其对响应时间的要求,其次建立了漂移式、组合式、直接弹道式3种共轨式机动模型,并给出了机动时间、能量、相位的关系式与仿真曲线。最后在此基础上,划分响应时间区间,根据该区间提出了选择机动方式的建议。     

中高轨卫星海洋成像图像几何定位精度提升方法

针对中高轨卫星海洋成像时缺少控制点下的图像定位精度提升问题,提出一种提升定位精度的方法。该方法利用中高轨卫星成像范围大,配合姿态机动,在短时间内寻找有特征点的区域,通过卫星图像与高精度控制图像进行匹配,寻找控制点,求解偏置矩阵,并将该区域的偏置矩阵补偿到海洋地区,以达到提升图像定位精度的目的。结合中高轨卫星成像特点,对河南嵩山检校场和太原区域图像进行仿真,并利用嵩山检校场数据进行在轨几何检校,将检校参数补偿到太原区域。仿真结果表明:无控制点定位精度从118.3个像素提高到37.8个像素,证明了文章提出方法的有效性。     

太阳电池翼在轨模态光学测量优化的计算机辅助方法

非接触光学测量方法,可作为空间站太阳电池翼等大型航天器柔性部件在轨模态分析的一种潜在手段。为合理布置相机的拍摄工位及视角,有效捕捉靶标运动的位移及方向,提出了利用轨控或姿控激励下柔性附件瞬态响应的结构动力学仿真结果,结合计算机图形学仿真技术,预示虚拟靶标运动过程成像及其位移重构效果,从而对测量有效性做出判断的实验方案评价方法,并通过仿真实验对其可行性进行了验证。该方法可发展为航天器在轨模态测量的计算机辅助优化工具,能充分利用结构动力学仿真成果,弥补大型柔性部件地面实验的不足。     

基于IGRF地磁场模型的航天器地磁干扰力矩数值仿真

航天器长期在轨运行期间,空间磁场与其自身磁矩相互作用的累积,会对航天器的姿态造成较大影响,加重姿态控制系统负担,降低航天器的可靠性。文章分别针对航天器轨道计算及地磁场模型的使用,对航天器地磁干扰力矩数值的仿真进行了系统的研究,最终得到航天器在轨运行时地磁干扰力矩计算仿真方法。     

利用改进TW-API方法在轨辨识挠性航天器时变模态参数

考虑大型挠性部件运动导致的在轨航天器模态参数时变特性,提出一种改进的截断窗逼近幂迭代（TW-API）追踪方法。针对传统TW-API方法计算量较大的问题,改进的方法简化了数据处理中的矩阵递推过程,显著减少了在轨辨识过程的计算量和计算时间。还将该方法与经典投影估计子空间跟踪（PAST）方法和逼近幂迭代（API）递推方法进行了计算量对比与分析。为检验四种方法用于航天器模态参数辨识的效果,选取ETS-VIII卫星为对象进行数值仿真。通过实际计算时间的比较,校验了改进TW-API方法在大型挠性航天器时变模态参数在轨辨识方面的有效性。     

基于小波包能量谱的航天器在轨泄漏漏孔形状辨识方法

为了实现对航天器在轨泄漏漏孔形状的准确辨识,提出基于小波包能量谱和支持向量机的航天器在轨泄漏辨识方法。首先分析圆形、长方形、正三角形3种典型形状漏孔之泄漏信号的频域特点,之后运用小波包能量谱提取不同形状漏孔泄漏信号的特征值,最后运用提取的特征值配合支持向量机建立辨识模型,实现对漏孔具体形状的辨识。对该辨识方法进行试验验证,将3种形状的漏孔分为A、B两组,利用A组漏孔进行泄漏信号特征值提取与辨识模型的训练,再对B组漏孔进行辨识准确率测试;结果表明该方法可以实现对不同形状漏孔的辨识,在合适的小波包分解层数下,总体辨识准确率可达95.9%。     

航天器在轨释放安全性分析与仿真研究

针对航天器舱内在轨释放任务,文章建立了大型航天器与伴随卫星的动力学模型和运动学模型,并分析了影响释放安全性的主要因素;从保证航天器在轨安全的角度,得到描述释放安全性的最小相对距离计算方法,并利用ADAMS软件对航天器在轨释放过程进行了仿真研究。     

航天器远程自主交会方法设计与实现

为解决未来交会对接任务的自主化问题,提出航天器远程自主交会方法。给出适用于远程自主交会的变轨策略,设计航天器上自主变轨规划算法,通过初值计算和精确解迭代两个步骤对变轨策略进行求解,获得变轨控制参数。采用拟平均根数法结合平均密度法进行轨道预报,在尽量保证模型精度的同时极大降低了轨控参数求解过程中的在轨计算量。仿真结果表明,使用该方法规划的远程导引段轨道控制,可使终端精度满足指标要求,且方法简单可靠、合理可行,具有工程应用价值。     

在轨物体接近算法研究

根据NORAD公布的在轨物体(空间碎片或航天器) 的轨道数据,给出了计算在轨物体两两间发生接近事件的方法。该方法结合了计算在轨物体 接近的运动学筛选法和相对距离函数法,以提高计算效率。以该方法为基础,提出了特定航 天器与全体在轨物体间的接近事件算法。算法采用了改进后的几何筛选法。该方法并不求解 两轨道的最近点,而是求解包含最近点的时间窗口,从而解决了原方法漏报接近事件的问题 。该方法在理论上可以检测到所有的接近事件,数值仿真验证支持了该结论。在计算效率 上新方法相对于原算法也有约10倍的提高。     

空间非合作目标燃料最优终端接近策略研究

针对一类姿轨控制系统失效的目标航天器实施空间救援等在轨服务任务。要求追踪航 天器跟踪到达指定目标点,对目标航天器进行在轨捕获,建立了目标航天器在空间自由翻滚 情况下追踪航天器跟踪目标点的动力学模型,并建立了安全无碰撞的燃料最优终端接近模型 。数学仿真表明,当初始条件合适时,燃料最优终端接近轨迹自然满足安全性要求。
     

考虑姿轨耦合的航天器高精度实时导航定轨方法

针对近地轨道航天器及其全球导航卫星系统(GNSS)测量数据驱动的实时导航定轨方法,使用轨道动力学原理解析了由GNSS天线安装位置与航天器质心偏差造成的定轨误差。基于航天器在轨的刚体运动特性和对地姿态特征,提出针对安装关系对应的相对速度修正项。使用姿轨耦合的分析方法,明确了基于航天器质心轨道积分和天线测量点位速修正的GNSS测量信息模拟。结合扩展卡尔曼滤波(EKF)形式的实时导航算法,分析了安装关系造成的定轨系统误差。围绕半长轴确定误差的长期变化规律,仿真证明了GNSS测量数据的位速修正在高精度实时导航定轨过程中的必要性。     

GEO卫星氢镍蓄电池压力在轨特性研究

针对多颗地球静止轨道(GEO)卫星氢镍蓄电池组压力数据在轨正向漂移的现象,文章分析了测量方式及温度对压力遥测的影响,提出基于小波分析和平稳时间序列分析的数据趋势项提取方法,并在数据趋势项的基础上建立压力遥测的修正模型。以该模型为依据,预测下一个地影季充电压力终止点。研究结果:可以在地影季到来前,及时调整氢镍蓄电池组在轨充电终止阈值和报警阈值,防止过充电,确保蓄电池组在轨管理的准确性和安全性,并有效提高蓄电池组寿命。     

基于嵌入式MATLAB函数编程的火星车能量平衡仿真系统

在以往航天器研制过程中,电源系统能量平衡分析是基于表格化计算的方法,其运算效率低、显示不直观。文章提出了一种可视性强、易编程、更通用的能量平衡分析方法,即采用嵌入式MATLAB函数对电源系统能量平衡分析的功能模块进行编程实现,以火星车电源系统为应用背景,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了一套用于能量平衡分析的仿真系统,并在特定实例下进行仿真分析,仿真结果采用图表曲线形式显示,能清晰、直观地反映能源利用的动态变化趋势,可为电源系统方案优化设计提供参考依据。     

天地环境差异对航天器设备安装精度影响分析

文章分析了地面重力环境和在轨内压环境对不同位置和状态下的载人航天器陀螺组件及姿轨控敏感器设备安装精度的影响,并进行了试验验证,分析结果与试验数据一致性较好。研究结果显示:设备布局位置不同,其安装精度受环境差异的影响程度也不同;航天器在空载、垂直停放状态下,设备安装精度受地面重力环境影响较小;陀螺组件和姿轨控敏感器A的安装精度受在轨内压环境影响较小,在地面常压环境下的精测结果能够真实反映其在轨状态,而姿轨控敏感器B的安装精度受压力环境影响明显。以上结果可为航天器设备布局及精度测量工作提供借鉴。