弹道导弹主动段扰动引力的一种逼近算法

弹道导弹扰动引力的计算量非常大,目前的弹载计算机因计算速度限制,是不可能实现计算的,必须采用快速的扰动引力逼近算法。针对地面司托克斯积分方法等方法计算扰动引力的不足,提出了利用重力线求解重力的一种方法,并用该方法计算标准弹道附近的扰动引力,作为实际弹道扰动引力的逼近准备数据。给出了弹道主动段扰动引力的BP-神经网络逼近算法,并通过算例证明扰动引力的神经网络逼近是可行的。     

利用有限元方法逼近飞行器轨道主动段扰动引力

为了克服引力位系数模型计算飞行器轨道主动段扰动引力所存在的计算量大，并且难以进行实时计算的缺点，提出利用有限元内插的方法对主动段扰动引力进行逼近。根据有限元分析中区域剖分插值的原理，采用了对飞行器轨道周围有限范围的空间区域进行有限元剖分的方式，计算出各剖分单元每个顶点处的扰动引力，然后利用剖分单元各顶点的扰动引力分量内插出飞行器轨道点对应的扰动引力分量值。计算过程和结果表明，这种方法能够快速、精确可靠地逼近飞行器轨道主动段扰动引力，满足了有关文献中所提出的要求。     

重力卫星在轨质心修正原理

静电悬浮加速度计在重力卫星上的安装位置将直接影响重力卫星的非重力测量结果,进而影响高精度地球重力场的恢复。为了彻底明确该影响的存在方式,现从基本动力学方程出发,推导出了卫星在轨飞行期间遭受的各种非重力和地球引力、太阳和月球等天体的潮汐力等,与静电悬浮加速度计输出之间的矢量表达式。获得的表达式从理论上明确了消除重力卫星质心偏差的实际意义,是重力卫星质心修正的理论依据。     

深空探测重力模拟飞行器方案设想

为解决失重环境对航天员生理健康的影响,在调研国内外重力飞行器研究现状的基础上,结合重力模拟飞行器的原理及人造重力舒适度影响因素,提出了一种通过自旋产生人造重力的深空探测飞行器方案设想。最后给出了重力模拟飞行器建设的实施规划、总体方案、在轨组装流程及技术难点。深空探测重力模拟飞行器稳定运转可为空间工作生活的航天员提供与地面无异的重力环境,将为执行深空探测任务提供必要的环境保障。     

基于不同动力引力辅助模型的木星转移轨道设计

针对木星转移轨道设计中动力引力辅助模型选择问题展开了研究。首先,介绍了近心点机动和甩摆后机动2种动力引力辅助模型,给出了2种模型下最优脉冲机动速度增量的解算方法;然后,基于动力引力辅助模型,提出了包含引力辅助的行星际转移轨迹初始设计方法;最后,以木星探测任务转移轨迹设计为例,对比了不同动力引力辅助模型下探测器的燃料消耗情况。仿真结果表明:相比于甩摆后机动方式,近心点轨道机动方式更加节省燃料。基于近心点机动引力辅助模型,最终完成了金星-地球-地球引力辅助序列的木星转移轨迹初始设计,为我国未来采用引力辅助方式的深空探测任务提供了一定的参考。     

静电加速度计对重力卫星平台的要求分析

静电加速度计是重力卫星的核心有效载荷,其非保守力测量精度是地球重力场反演任务成功执行的有效保证。文章分析了静电加速度计的测量信号以及对重力卫星平台的指标要求,重点指出满足这些要求应解决的关键技术,最后建议我国开展重力卫星研究。     

深空探测器多次引力辅助转移轨道全局搜索

介绍行星引力辅助近似模型,包括近行星点无动力和有动力两种方式;采用开普勒轨道拼接法与双脉冲Lambert算法,建立多次引力辅助转移轨道的参数优化模型;通过广度优先搜索算法对引力辅助行星序列进行穷举,对发射窗口和天体间转移时间进行离散化网格搜索,每一步网格搜索后均采用合理的定界剪枝方法,减少后续计算量。这种全局搜索方法不需要提前指定引力辅助行星序列,并可得到对应不同飞行时间以及不同引力辅助次数的搜索结果,获得若干多天体引力辅助转移轨道初步结果,为进一步局部优化设计奠定基础。文章给出几组全局搜索算例,得到从地球到火星、木星和土星的多次引力辅助转移轨道,验证了全局搜索方法的有效性。     

重力场测量卫星应用电推进技术

全球重力场的精确测量对于地球物理学、卫星定轨等均有至关重要的意义。对于全球重力场测量卫星而言,其姿态和轨道的保持精度直接影响着全球重力场测量的精度。从重力场测量卫星要求出发,对卫星参数进行了假设,对重力场测量卫星采用离子推进技术的适用性进行了分析。     

航天员低重力步行训练被动外骨骼机器人模拟

针对月球或火星登陆航天员在地面进行低重力步行模拟训练的需要,提出一种采用被动重力平衡技术的外骨骼机器人系统。该系统由一台跑步机和一套可穿戴的被动机械外骨骼组成,通过将人体各主要部件的重力按比例分布转嫁到外骨骼上来达到低重力模拟效果,因此其不但可以平衡任意比例（0%-100%）的人体重力,而且可以使受训者感受到各主要关节失去相同比例重力载荷的效果,从而达到逼真模拟低重力步行。由于系统完全被动,无需施加主动关节控制力矩,同时也不用进行关节运动的离线或在线精确规划,从而避免了复杂的关节控制器及其稳定性设计和分析。动力学仿真结果表明,该外骨骼机器人系统能够逼真地模拟出不同重力条件下的步行效果。     

Diamond synthesis by high-gravity d.c. plasma cvd (hgcvd) with active control of the substrate temperature

In the first part of this paper, subatmospheric CVD methods for diamond thin film synthesis under normal gravity and other conditions are reviewed, following their increased capability for large-scale manufacturing. Emphasis is given to current problems and advances in moderate pressure d.c. plasma CVD operating under normal gravity and high-gravity. In the second part, an experimental technique aimed at solving the problem of temperature uniformity on the substrate surface at high gravity is presented. This technique improved temperature uniformity during diamond deposition at various gravity conditions and allowed a more accurate assessment of the influence of gravity on diamond growth and thin-film morphology.     

月球探测器LP精密定轨及月球重力场模型解算

对美国1998年发射的月球探测器LP任务阶段共19个月的双程测距测速轨道跟踪数据进行了精密定轨,对定轨结果通过轨道残差及重复弧段差异进行了精度评价。利用LP正常任务阶段三个月的轨道跟踪数据进行了月球重力场模型解算,通过重力场功率谱、轨道残差和月球自由空气重力异常对解算模型进行了精度评价。结果表明精密定轨及月球重力场模型解算合理。对进一步融合嫦娥一号轨道跟踪数据和LP数据解算自主的高精度月球重力场模型具有参考意义。
　
     

扰动引力场对远程火箭影响的分析及补偿方法研究进展

在分析扰动引力场影响机理的基础上，梳理了目前垂线偏差及扰动引力影响的分析方法。介绍了垂线偏差和扰动引力快速重构的主要研究进展。最后从弹道诸元、制导诸元和箭上实时三个方面评估了扰动引力场影响补偿的方法。本文的工作为提升扰动引力场下远程火箭的精度和快速反应能力提供了支持。     

面向木星卫星交会任务的探测器飞行路径规划

针对探测器在木星系统内多次借力的飞行路径和轨道优化设计问题,提出了一种基于三层优化思想的飞行路径规划方法,该方法可根据给定的任务约束和交会目标,自动搜索探测器在木星系统内的借力飞行序列,同时完成标称飞行轨道的优化设计。首先,文章在给定轨道动力学模型和木卫借力模型基础上,建立了面向木卫交会任务的两次借力飞行轨道优化设计模型和求解方法;然后,采用结合遗传算法、全局遍历和贪婪算法的三层优化设计思路,给出了一种环木飞行路径规划方法;最后,以木星四颗卫星的交会任务为例进行了仿真分析。仿真结果表明：针对木卫的交会任务,探测器速度增量需求随木卫借力次数的增多,呈现先显著减小后逐渐增大的现象;探测器采用多次木卫借力的策略,可显著降低探测器的速度增量需求;探测器速度增量达到最优之后,借力目标收敛于交会目标,且速度增量随借力次数的进一步增多而逐渐增大。     

Human locomotion and workload for simulated lunar and Martian environments

Human locomotion in simulated lunar and Martian environments is investigated. A unique human-rated underwater treadmill and an adjustable ballasting harness simulate partial gravity in order to better understand how gravity determines the biomechanics and energetics of human locomotion. This study has two research aspects, biomechanics and energetics. The fundamental biomechanics measurements are continuously recorded vertical forces as exerted by subjects of the treadmill which is instrumented with a force platform. Experimental results indicate that peak vertical force and stride frequency decrease as the gravity level is reduced. Foot contact time is independent of gravity level. Oxygen uptake measurements, VO2, constitute the energetics, or workload, data for this study. As theory predicts, locomotion energy requirements for lunar (1/6-g) and Martian (3/8-g) gravity levels are significantly less than at 1-g. The observed variation in workload with gravity level is nonmonotonic, however, in over half the subject population. The hypothesis is offered that energy expenditure increases for lunar, as compared with Martian, locomotion due to the subject "wasting energy" for stability and posture control in simulated lunar gravity. Biomechanics data could influence advanced spacesuit design and planetary habitat design, while workload data will help define oxygen requirements for planetary life support systems.     

航天器微低重力模拟及试验技术

针对国内外不同类型的微低重力模拟机理、应用方法及特点进行了介绍。综述了基于气悬浮技术的多自由度模拟器的关键技术以及组合应用方法；对各种复杂航天器(包括大型空间机械臂)在微低重力模拟环境下进行的展开、编队、抓捕对接、分离以及在轨服务等典型试验应用进行了系统介绍，同时总结了针对宇航员模拟训练的微低重力环境的实现手段及其特点。最后，展望了微低重力模拟及试验技术的发展前景，并提出了多项亟待突破的关键技术。     

一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨展开试验

文章对中国“新技术验证一号”卫星搭载的一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨试验情况进行了介绍。重力梯度杆在小卫星控制领域中具有较好的应用前景,而充气结构具有轻质、占用空间小、发射成本低的特点,采用充气式重力梯度杆可避免传统机械式重力梯度杆质量重、尺寸大和机构复杂的缺点,它以充气伸展臂为主要结构形式,通过充气展开伸直成为重力梯度杆,既作为卫星重力梯度杆又通过在轨试验验证空间充气展开结构的性能。在轨试验结果表明充气式重力梯度杆展开稳定、有序、性能可靠,可以满足小卫星的性能和功能要求。该试验也是中国首个成功的充气展开结构在轨技术验证试验,标志着中国的充气展开结构技术初步具备了工程化能力。     

不同重力环境下空间机械臂神经自适应鲁棒控制

针对空间机械臂从地面装调到空间应用过程中重力项的变化问题,提出了一种神经网络自适应鲁棒补偿控制策略用于空间机械臂的末端控制,从而实现在地面重力环境下装调好的空间机械臂在空间微重力环境下实现在轨操控任务。通过神经网络在线建模来逼近系统模型中变化的重力项,逼近误差及系统的不确定性通过自适应鲁棒控制器来补偿。该控制策略不依赖于系统的模型,避免了回归矩阵的复杂计算及未知参数的估计,降低了计算量。基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明该控制器对不同重力环境下空间机械臂的末端控制均能达到较高的控制精度,具有重要的理论研究和工程应用价值。     

Gravity and perceptual stability during translational head movement on earth and in microgravity

We measured the amount of visual movement judged consistent with translational head movement under normal and microgravity conditions. Subjects wore a virtual reality helmet in which the ratio of the movement of the world to the movement of the head (visual gain) was variable. Using the method of adjustment under normal gravity 10 subjects adjusted the visual gain until the visual world appeared stable during head movements that were either parallel or orthogonal to gravity. Using the method of constant stimuli under normal gravity, seven subjects moved their heads and judged whether the virtual world appeared to move “with” or “against” their movement for several visual gains. One subject repeated the constant stimuli judgements in microgravity during parabolic flight. The accuracy of judgements appeared unaffected by the direction or absence of gravity. Only the variability appeared affected by the absence of gravity. These results are discussed in relation to discomfort during head movements in microgravity.     

航天员微重力作业训练系统重力补偿控制策略

针对航天员微重力作业训练系统的重力场补偿控制这一关键技术,进行了理论和实验研究。分析了模拟微重力环境的机理,确定了微重力作业训练系统的总体结构方案,提出了一种基于电流反馈的重力补偿控制及多干扰力补偿控制策略。通过虚拟重力补偿控制实验,验证了在地面环境、动态作业过程中,模拟物体在不同空间重力加速度环境下的运动规律,实现了在重力方向模拟空间环境下物体移动的作业训练效果。研究成果为在地面实现三维作业训练系统的控制奠定了基础。     

引力模型在导弹制导中的应用

目前国内导弹大部分是以惯性制导为主,一般通过提高惯性器件水平来提高导航精度.而减少引力计算误差,也是提高精度的有效途径.本文定量计算了引力计算误差对导弹精度的影响,提出了一种适用于弹上实时计算的引力高精度快速计算方法及实施流程,为工程应用奠定了基础.