人工智能在航天器制导与控制中的应用综述

航天器制导与控制技术是保障空间任务顺利实施的关键技术之一。当前,动力学模型的强非线性以及参数不确定性制约了高精度姿轨控技术的发展,而系统故障则决定航天器姿轨控的成败。以机器学习为代表的新一代人工智能技术航天器制导控制领域展现了巨大的应用潜力。首先对基于人工智能技术的轨迹制导和姿态控制中的研究发展及应用现状进行归纳,分析航天器轨迹规划、姿态控制、故障诊断以及容错控制技术的发展趋势。然后,从鲁棒轨迹规划、自适应姿态控制、快速故障诊断和自适应容错控制等4个方面总结适用于未来航天任务的航天器姿轨控关键技术。最后,针对智能姿轨控技术的应用所面临的挑战,从姿轨控架构、算法最优性、算法的训练以及技术验证等方面提出相应的发展建议。     

人工智能在卫星任务规划中的应用

智能规划与调度是实现卫星自主规划其飞行任务的关键。将人工智能方法应用于卫星的任务规划,以执行对地观测任务为例,将任务规划问题归于组合优化问题,建立了相应的数学模型,并应用Hopfield神经网络算法进行求解,结果表明,该方法可用于单个仪器的任务规划。     

复合材料在航天器结构中的应用与展望

结合航天器结构的特点,阐述了我国航天器结构中复合材料的初步应用、快速发展、广泛应用和扩展应用过程。结合后续我国航天任务规划,展望了复合材料在航天器结构中的发展趋势。     

航天任务计划工作模式研究

地面采用何种方式来调度运行任务系统并对航天器实施控制,是飞行控制中心面临的一个重大问题。本文针对航天任务的特点,提出了采用计划工作模式的思想与方法。首先论述了采用计划工作模式的理论依据,然后探讨了计划工作模式的基本概念、特点和要求,阐述了航天任务计划工作模式的基本内容,最后讨论了计划工作模式的关键技术以及采用计划工作模式实现飞行控制自动化的可能性。     

航天器测控仿真方法研究

航天器发射前,航天飞行控制中心需要对相关测控方案和软件进行验证。利用仿真系统验证测控方案和软件是一种行之有效的途径。航天器测量数据、轨道和姿态控制仿真是航天飞行控制中心仿真系统的重要组成部分。分别讨论了航天器测量数据、轨道控制和姿态控制仿真方法,分析了航天器测控仿真系统的建立,通过仿真结果说明了仿真方法的合理可行。     

SCL语言：一个现成的航天器控制产品

在紧缩军事、民用和商业航天预算的时代，需要一种解决多星控制的现成方法。适用于多种航天器的标准操作接口允许地面和航天器操作采取同一种手段。许多航天工程的一个共同趋势是使航天器和地面站自主化，从而减少操作人员。接口和控制系统公司（ＩＣＳ）开发的“航天器控制语言”（ＳＣＬ）系统为航天器操作提供了一种现成的手段。ＳＣＬ系统提供了一种超描述接口，该接口对各航天工程都是标准的。它撇开航天器和地面站的硬件特性，     

某航天器发动机机组热分析及在轨应用研究

为给某航天器机组热控设计、飞行任务中各种新工况下机组的温度适应性分析和飞控判据提供有效数据支撑,以该航天器某发动机B机组模块作为研究对象,采用IDEAS软件建立了有限元模型,在航天器三轴对地姿态下对该发动机机组温度进行了计算并对热模型进行修正,对飞行数据和热分析结果进行了比对。之后应用该热模型,完成了高温工况1下热控适应性设计工作,开展了组件温度与在轨数据比对工作;并进行了高温工况2中不同太阳入射角下B机组氧阀温度研究。结果表明:B机组热分析得到了在轨飞行的验证,有限元模型有效并且合理;该热模型应用于不同热控状态、位置以及工况下来解决实际热控难题,并可预示不同太阳入射角下的氧阀温度;航天器的运行轨道、飞行姿态以及机组安装位置都是影响机组温度的重要因素,在热控设计中应引起足够重视。     

基于加权信息熵的航天器姿态稳定自动监测

为监视航天器的姿态控制稳定度以为后续飞行控制决策提供依据,提出了一种基于加权信息熵的航天器姿态稳定监测方法,该方法使用加权信息熵计算航天器姿态局部时域内的非线性变化复杂度,进而量化评估航天器的姿态稳定性,可对航天器的姿态稳定进行自动辅助监视和判断。探月三期再入返回飞行试验任务期间的17次调姿数据验证了方法的有效性,并且发现了某次调姿后俯仰角和偏航角均未收敛和稳定,此现象在任务期间并未被测控人员监视发现,进一步证明亟需开展航天器姿态稳定自动辅助监视和判断的必要性。     

基于模型的载人航天器研制方法研究与实践

载人航天器具有系统规模大、技术难度高、单件小批量、无法通过多次飞行持续完善设计、可靠性要求高等特点。当前载人航天器研制中仍存在着参数化和模型化程度不高、基于模型的系统综合仿真验证不足、研制各环节缺乏数字化集成等问题，传统基于文本的系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的系统工程方法。本文针对载人航天器的研制现状和应用需求，提出了面向载人航天器全生命周期的模型体系，定义了需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，提出了基于模型的研制流程，包含系统设计闭环验证、产品设计闭环验证、实做产品闭环验证3个验证环节，并深入探索了各研制环节中不同模型间的传递与关联关系。以某型号载人航天器为应用基础，系统地验证了提出的方法。     

“第二届全国航天飞行动力学技术研讨会”征文通知

为交流总结我国在航天飞行动力学研究及应用领域的最新研究成果,探讨我国当前及今后开展航天器飞行动力学研究和应用的新思路、新技术、新途径,促进我国航天飞行动力学技术的进步,为我国航天任务和空间科学研究提供技术支撑,中国宇航学会飞行器测控专业委员会拟联合航天飞行动力学技术重点实验室共同举办"第二届全国航天飞行动力学技术研讨     

Autonomous mission reconstruction during the ascending flight of launch vehicles under typical propulsion system failures

In recent years, Chinese Long March(LM) launchers have experienced several launch failures, most of which occurred in their propulsion systems, and this paper studies Autonomous Mission Reconstruction(AMRC) technology to alleviate losses due to these failures. The status of the techniques related to AMRC, including trajectory and mission planning, guidance methods,and fault tolerant technologies, are reviewed, and their features are compared, which reflect the challenges faced by AMRC technology...     

载人航天飞行试验任务中遥控计划正确性自动验证方法的研究

本文以我国栽人航天工程飞行试验任务为背景,讨论了在任务中遥控计划的验证内容、正确性判断准则和判断方法,并给出了遥控计划正确性验证的流程。通过在任务中实现遥控计划正确性自动验证。保证了北京中心遥控计划的正确性和可靠性,确保了飞控任务的顺利实施,大大提高了工作效率。     

大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数，能够有效提高太阳能无人机的能量利用率，使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面，介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架；在续航评估方面，分析了目前的指标设计和应用方法；在能量管理策略方面，从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度，梳理了当前的研究现状。最后，对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

空间交会对接多体制接收机设计与实现简

空间交会对接时,空空通信系统需在两个航天器之间建立双向通信链路,完成两者间的信息交换.在载人航天交会对接任务中,空空通信系统担负交会对接段以及撤离段航天器间的双向链路数据传输任务.针对不同的任务模式、分析不同信号的解调模型和算法特点,基于软件无线电技术确定本系统的全数字化解调算法和硬件平台设计方案,实现过程运用复用/优化设计思路,节省了逻辑资源、降低了算法复杂度.对关键指标的测试表明,该设计可满足空空通信系统的指标需求.     

航天任务控制中心容灾模式研究

航天任务是一项高投入、高风险的活动,作为管理所有在轨飞行航天器及资源的航天任务控制中心,要求具备很高的可靠性与较强的容灾能力。国际航天大国对地面系统,特别是任务中心级的备份均非常重视,也开展了相关建设和系统运行。在对我国航天任务控制中心容灾模式进行探讨的基础上,提出容灾中心的技术要素、需求分析以及运行机制。     

基于遗传模拟退火算法的无人机航迹规划

航迹规划技术是无人机任务规划系统中重要的核心技术之一,无人机飞行空间广阔,需要一种快速搜索最佳路径的方法.首先在飞行区域中建立数字地图模型和防空威胁区模型,在满足无人机飞行约束条件的情况下,为无人机航迹规划提供一种遗传模拟退火算法,充分利用模拟退化算法的概率突跳特性和遗传算法强大的快速搜索能力.仿真结果表明,使用该算法无人机能够自动避开模拟数字地图的威胁区,搜索出一条安全有效航迹,并保证航线的完整性和最优性.     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

Psychological health maintenance on Space Station Freedom

The scheduling of crew rotations for up to 180 days on Space Station Freedom presents a special challenge for behavioral scientists who are tasked with providing psychological support for the crews, their families, and mission flight controllers. Preflight psychological support planning may minimize the negative impact of psychological and social issues on mission success, as well as assist NASA management in making real-time mission planning decisions in the event of a significant social event (for example, the death of a family member). During flight, the combined psychological, emotional, and social stressors on the astronauts must be monitored, along with other aspects of their health. The Health Maintenance Facility (HMF) will have the capability of providing preventive, diagnostic, and therapeutic assistance for significant psychiatric and interpersonal problems which may develop. Psychological support will not end with the termination of the mission. Mental health professionals must be part of the team of medical personnel whose job will be to facilitate the transition--physical and mental--from the space environment back to planet Earth. This paper reviews each phase of mission planning for Space Station Freedom and specifies those factors that may be critical for psychological health maintenance on extended-duration space missions.     

多滑翔飞行器时间协同轨迹快速规划

从高超声速飞行器集群"探测-打击-评估"一体化任务需求出发,针对多滑翔飞行器时间协同再入轨迹规划问题进行研究,提出集群再入的协同形式及轨迹规划方案,基于改进序列凸化算法解决了再入总飞行时间的精确控制问题,从而实现滑翔段时间协同。首先,给出了滑翔飞行器集群的协同策略,将求解模型转化为协同时间的确定、协同时间约束下的轨迹规划子问题。将模型中的时间项误差等加入罚函数,提高了协同轨迹求解可行性。引入飞行路径角预设剖面作为软约束,并通过罚函数与信赖域自适应调整,以避免轨迹求解时的振荡问题,提高了序列凸化算法的收敛性。以CAV-H飞行器模型为例验证了算法的有效性,仿真结果表明,所提算法对初值的敏感性低,求解得到的再入总时间可调范围与伪谱法一致,轨迹规划结果的平滑性及计算时间均优于伪谱法。