航天器地面实验的相似性分析方法

研究了航天器地面实验的相似性问题,给出了完全相似条件和近似相似度量方法.首先,应用量纲分析法推导了航天器地面实验的完全相似准则,并讨论了相似准则应用上的局限性;然后,在键合图理论的基础上,提出了一种系统状态变量的活性分析方法,并据此构建了实验模型近似相似程度的量化度量函数;最后,分别对轨道绝对运动与相对运动的模拟实验进行了相似性分析,给出了多种不同的非理想约束条件对实验相似性的影响,提出了有效的实验建议.仿真计算表明:所提出的方法可作为实验相似程度的量化判别依据,且快捷有效,对工程实验有重要参考价值.     

电磁航天器编队位置跟踪自适应协同控制

通过引入一致性理论针对电磁航天器编队相对位置协同控制问题设计了自适应协同控制器。分析了电磁航天器编队的基本原理,建立了电磁航天器编队相对运动精确的非线性动力学方程。基于电磁力远场计算模型的不确定性,对相对运动动力学模型进行了修正。在电磁力计算模型不确定和航天器间存在通信时延的条件下,对位置跟踪控制的目标设计了自适应协同控制器。考虑到电磁航天器磁矩产生能力的不同,给出了通过优化进行磁矩分配的方案。通过仿真表明:所设计的自适应协同控制器不仅实现了对期望轨迹的准确跟踪,而且相比人工势函数法,暂态维持编队构型的能力提高了4.9倍,并且所给出的磁矩分配方案实现了磁矩的合理分配。     

基于模糊神经网络干扰观测器的组合体航天器姿态控制

针对非合作目标存在对抗性力矩输出情况下的组合体航天器姿态控制系统,提出了一种基于模糊神经网络干扰观测器（Fuzzy Neural Network Disturbance Observer,FNNDO）的非奇异终端滑模（Nonsingular Terminal Sliding Mode,NTSM）有限时间控制策略。首先以服务航天器为基准,建立组合体航天器姿态数学模型,然后针对包含惯量不确定性、目标对抗性力矩等的等效干扰力矩,设计了一种具有自适应能力的FNNDO,可以实现对等效干扰的有效跟踪。在FNNDO的基础上,设计NTSM控制器,利用Lyapunov理论证明闭环系统的有限时间稳定性。最后,仿真实验结果表明了控制策略的有效性和观测器在观测性能上的优越性。     

Dynamic modeling and multi-stage integrated control method of ultra-quiet spacecraft

Space telescope ultrahigh precision pointing control requires the spacecraft platform to provide an ultra-quiet working environment. Vibration isolator rejection control and the multi-stage integrated control method is believed to be one of the best methods to improve the space telescope attitude control performance. In this paper, the fine dynamics model of multi-stage spacecraft systems is presented and the multi-stage integrated controller design techniques are provided. Effectiveness of the multi-stage integrated control approach is demonstrated by both the numerical simulation and experiment results. An integrated design and demonstrated experimental environment is developed for high-fidelity control performance assessment. The verification experiments for the space telescope attitude control and vibration control are carried out. The results show that the pointing accuracy and stability of the line-of-sight (LOS) for space telescope are improved at least one order by the multi-stage integrated control method.     

空间非合作目标的逼近控制仿真研究

近距离的相对运动逼近过程是空间在轨服务中非常重要的一个阶段.对该过程的动力学与控制过程开展研究,建立服务航天器向目标航天器逼近过程中的相对姿态运动模型和相对位置运动模型,在目标航天器本体坐标系下,采用直线逼近制导律,基于经典的比例-微分控制律对逼近过程中的相对运动状态进行跟踪控制.最后,建立Simulink动力学模型并开展仿真分析,仿真结果表明六维相对运动模型的可靠性以及控制方法的有效性.     

Advances of Microgravity Sciences

Advances of microgravity sciences in China are introduced. The research works include ground-based study and space experiments. In the recent years, the main means still are theoretical analysis, numerical simulation, ground-based experiment, and short-time microgravity experiments of drop tower. Besides, many space experiment projects are arranged. SJ-10 recoverable satellite will carry out 19 scientific experiment projects. Nine of them are for microgravity Sciences. The other ways for space microgravity experiment are with the help of Chinese Shenzhou spacecraft, Chinese Tiangong space laboratory, and Chinese space station in the near future. The Chinese space station will become main platform of Chinese microgravity sciences experiment in space.      

轴对称羽流流场数值模拟和实验验证

针对在轨航天器羽流效应对航天器整体寿命的影响,在"DFH"系列卫星姿控发动机喷管羽流实验研究的基础上,建立喷管的轴对称模型,选取矩形计算区域,设定一定的边界条件和计算条件,采用轴对称单组分直接模拟蒙特卡罗(DSMC,Direct Simulation Monte Carlo)方法对相应实验状态的羽流流场进行数值模拟研究.通过对比数值模拟结果和实验测量结果,表明DSMC数值模拟羽流流场的计算结果符合实际流动规律,实验验证了所编制的轴对称DSMC数值模拟程序的正确性和有效性.      

基于面向对象的空间飞行器仿真系统设计

采用基于面向对象的软件工程建模思想,设计了一套空间飞行器轨道、姿态及其空间环境的数学仿真系统,最终根据系统的功能需求,给出了描述系统结构的对象模型。采用该系统模型有利于提高仿真系统的可靠性、可维护性和稳定性。     

用于空间站的四重冗余对接控制系统设计

针对空间站所处太空环境的特殊性、对接机构对空间站正常运行的重要性,以及对航天器可靠性要求日益增加的问题,提出在对接控制系统中增加可靠性设计,实现整个机构的高质量、平稳运转。在完成正常控制功能的基础上,在系统中采用了四重冗余的工作机制,包括主备机双热备份、自动/手动控制模式切换、自动控制关闭指令双线发送和工作模式的三取二判断,对四重冗余设计的具体判断流程进行了详细地解释。对控制系统软件进行仿真验证,结果表明：由本文所述方法设计的对接控制系统具有高可靠性和故障容错能力。     

空间连续流电泳电流体力学过程的地基模拟

通过相似性分析得到了空间连续流电流体力学过程地基模拟的相似性准则，数值模拟表明，所得相似性准则是有效（近似）的，基于此，建立了空间连续流电泳电流体力学过程地基模拟实验系统，并进行了生物样品分离实验，当然，相似准则的最终检验有待于空间实验。     

太阳帆板驱动机构的表面充放电效应研究

空间等离子体环境效应导致的卫星表面充放电是造成卫星在轨工作异常及故障的重要原因之一. 太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly,SADA）是长寿命、大功率卫星电传输环节的关键部件,易成为充放电效应的对象,可使卫星丧失能源,导致整星失效. 为验证空间等离子体环境导致的表面充放电对SADA特别是其功率传输可靠性和安全性的影响,利用等离子体环境模拟试验装置,模拟地球同步轨道（Geostationary Orbit,GEO）等离子体环境,针对SADA进行试验研究. 结果表明,使用两种不同绝缘材料的SADA在空间等离子体模拟环境下表现没有明显区别,表面充放电未对设计合理的SADA正常工作造成明显影响. 研究结果对未来GEO轨道SADA等空间机构的可靠性和安全性设计具有一定指导意义.      

多体航天器姿态机动的终端滑模复合控制方法研究

研究了带有多种运动附件的航天器姿态复合控制问题.选取典型的两刚体对象建立了完整的动力学模型,简要分析了本体与附件的耦合关系.针对标称本体动力学方程,设计了有限时间干扰观测器估计附件对本体的耦合扰动以及外部环境干扰,在终端滑模控制器中进行主动补偿,利用扩展的Lyapunov稳定性定理证明了本体控制系统的有限时间收敛性;为减小本体机动对附件指向的影响,在附件控制器中引入对本体角加速度的补偿.仿真结果表明,所设计的复合控制系统能够较好地估计并且补偿系统的总干扰,具有较高的控制精度和较快的系统响应.