多约束交会对接发射窗口的分析和规划

针对交会对接任务对发射窗口的轨道日照角、光学导航测量设备阳光抑制角和轨道共面等多项约束,建立了交会对接发射窗口计算数学模型,给出了交会对接发射窗口计算方法与流程,分析了各种约束对交会对接发射窗口的影响。计算并构建了交会对接任务目标飞行器和追踪飞行器的年度日照发射窗口集合。按照2种任务规划思路分别给出了确定目标飞行器和追踪飞行器年度共面窗口集合的方法,为多约束交会对接年度发射窗口的日窗口和时刻窗口的分析和规划提供了清晰的结果。仿真结果验证了交会对接年度发射窗口集合的正确性和有效性,模型、方法和结果可作为交会对接任务发射窗口分析和规划的依据。
     

深空机动对运载火箭发射火星探测轨道研究

为解决长征(LM)运载火箭发射火星探测器转移轨道时，因低温入轨级最长允许滑行时间及测控限制，有效发射日期窗口亟需拓展的问题，采用主矢量理论结合序列二次规划算法(SQP)，研究了探测器深空机动(DSM)对优化运载火箭发射火星转移轨道的作用。在发射直接转移火星探测轨道算法基础上，重点研究了包含引力影响球(SOI)内近地及近火飞行段后，采用主矢量获取深空机动最优猜测初值的分析算法，通过直接使用探测器近火点目标轨道参数优化运载火箭发射轨道，研究对比不同优化目标及设计约束下深空机动的分析结果，证实深空机动对降低转移轨道总发射能量需求、拓展发射日期窗口的高效性；该算法已应用于工程设计。     

中国巴西地球资源卫星的轨道捕获和轨迹交会控制

中巴地球资源卫星一号(CBERS-1)是中国和巴西合作研制的第一颗运行在太阳同步轨道上的地球资源卫星.CBERS-1于1999年10月14日由中国自行研制的长征运载工具按预定计划准时发射,进入设计轨道,随后通过轨道捕获、星下点轨迹控制和多次轨道保持机动等一系列轨道测控操作,该卫星已按遥感用户的要求正常运行在高精度的太阳同步、回归冻结轨道上.本文简要阐明CBERS-1轨道控制系统的任务目标、系统结构、轨道控制策略、控制性能、飞行软件和在轨操作以及飞行结果.     

快速访问回归轨道与弹道一体规划

针对地面发射快速响应空间需求问题,考虑轨道参数和弹道参数之间互为输入、深度耦合的实际,首先根据简化弹道模型给出了快速访问回归轨道设计方法,然后以轨道参数为输入开展快响火箭弹道规划,在此基础上以规划得到的弹道参数修正简化弹道参数,通过不断迭代,直至简化弹道参数与规划得到的弹道参数之间的误差满足要求,进而得到了满足任务需求的快响回归轨道及弹道参数。具体算例证明了该方法的可用性和有效性,可为快速响应轨道及弹道规划提供理论路径和技术支撑。     

快速响应微小卫星发射时机分析

为了研究应对突发事件的对地观测微小卫星应急快速发射和部署问题,综合运用二体动力学模型和球面几何学相关知识,分析了固定发射和机动发射方式下微小卫星发射时机的选择方法。根据在规定时刻从指定轨道过顶确定目标的总体要求,提出了满足平面窗口和相位窗口条件的发射时机和发射位置计算方法。该方法能应用于微小卫星快速部署相关问题的仿真试验,为研究航天发射系统的快速响应机制提供了理论支撑。     

空间快速响应航天器轨道/弹道一体化规划

以空间应急响应任务为背景,采用轨道/弹道一体化规划设计方法,实现空间快速响应航天器全程飞行轨迹规划。在分析弹道设计参数对轨道参数影响性的基础上,将弹道规划分为程序角参数设计和发射诸元参数设计,采用改进的粒子群算法和牛顿迭代法进行混合优化求解。算例表明,使用混合优化求解方法收敛速度快,迭代次数少,易于工程实现,能满足一体化任务规划的快速性要求,可为空间快速响应航天器设计提供理论参考。     

上面级在发射轨道的辐射外热流分析

研究发射轨道的外热流是进行火箭上面级和卫星热控设计的基础。文章给出了基于一组轨道和姿态参数的太阳矢量与地球矢量的计算方法。针对圆柱外形的上面级,分析了其发射轨道外热流的变化规律,利用该计算方法计算了太阳矢量,而太阳矢量在长时间滑行段相对固定,太阳矢量和受晒因子随发射时间而发生大幅度的变化,使得外热流工况变得非常复杂。通过对太阳定姿且绕箭体纵轴慢旋,可改善火箭上面级的飞行热环境,简化卫星和上面级的热控系统设计。     

“长征”六号运载火箭技术特点及展望

<正>"长征"六号运载火箭由中国航天科技集团有限公司第八研究院(下文简称航天科技集团八院)抓总研制,是我国新一代无毒、无污染三级快速发射液体运载火箭,可执行多种轨道(包括太阳同步轨道、低地球轨道等)发射任务,除了进行单星发射外,也可进行多星发射、星座的组网和补网发射。典型700km太阳同步轨道运载能力为1t。"长征"六号运载火箭2009年开始工程研制。     

一种快速响应型小卫星的自主任务规划设计与应用

浦江一号卫星是由上海航天技术研究院研制的一颗快速响应型小卫星,于2015年9月成功发射,卫星质量347 kg,运行在高度481 km的太阳同步轨道。为高效、高精度识别定位地面大范围广泛而随机分布的电磁辐射目标,浦江一号卫星提出了基于单星电磁信号监测载荷与光学成像载荷综合应用的在轨自主任务规划方案。在轨应用表明:该设计解决了电磁信号监测与光学成像高效协同难题,实现了星上自主任务规划时间快于0.10 s,引导指向精度优于0.10°,单次任务连续引导目标数量多于10个,为后续多手段遥感卫星的综合应用及在轨自主任务规划设计提供借鉴。     

太阳系多目标探测轨道优化设计

将太阳系多目标探测的轨道优化设计问题转换成非线性规划问题,建立了轨道优化模型.针对非线性规划问题解的多峰性,设计了一种融合改进的网格搜索算法和差分进化算法的组合优化算法.利用改进的网格搜索算法以适当的步长寻找理想的发射窗口和各阶段转移时间,产生差分进化的初始群体,进而使用差分进化算法搜索初始群体附近的子空间,通过全局范围内的比较得到较理想的结果.最后以2018 ～2020年太阳系多目标探测为例,面向土星环绕探测任务完成了飞行中途探测太阳系多颗大行星的轨道优化设计.数值仿真结果表明上述算法对太阳系多目标探测轨道优化设计具有较好的通用性和应用参考价值.     

基于多圆锥曲线法的着陆器奔月轨道设计与特性分析

针对载人登月任务中人货分运飞行模式,精确快速设计了着陆器(LM)的奔月轨道,分析了轨道窗口特性。以着陆器的奔月出发时刻、纬度幅角和加速脉冲为设计变量,基于多圆锥曲线法动力学模型,利用序列二次规划（SQP）优化算法对奔月轨道快速求解。在地心白道系下提出了近月点伪经度判别准则,该方法可为轨道设计参数初值提供正确参考。最后以伪倾角为窗口特性分析参数,发现了近月点窗口、近地点出发位置的变化规律。仿真结果表明,本文提出的伪经度搜索方法能够快速求解着陆器地月转移轨道,同时揭示了环月到达轨道(LLO)与近地出发轨道(LEO)之间的内在联系,研究结论可为未来载人登月工程提供借鉴。     

软着月任务窗口与轨道设计方法研究

建立了一套应用于多约束条件下软着月任务的窗口计算以及轨道设计方法。针对经历发射 段、地月转移段、绕月段及动力下降段的月球探测器,综合考虑各个特征点的位置、光照、 测控等约束,结合轨道特性,采用着月点→近月点→入轨点→发射点倒推的方式,快速确 定探测器的发射窗口。在其中选择发射时刻后即可计算转移轨道的轨道根数初值,并搜索计 算精确轨道。该方法对于我国月球探测后期工程的发射窗口计算与轨道设计工作有较重要的 参考价值。
     

基于上升轨迹可达范围的目标拦截发射窗口计算

针对低轨目标拦截任务,提出一种利用上升轨迹可达范围分析的发射窗口计算方法。首先,建立以上升时长和航程为性能指标的上升轨迹和优化模型,确定拦截器上升轨迹可达范围。然后,根据目标星下点与上升轨迹可达范围外包络的穿越关系以及拦截器的上升时长范围,对发射窗口进行初筛,得到准发射窗口。最后,针对每一段筛选出的准发射窗口,通过精确判定目标星下点与每一上升时长可达范围子环的位置关系,得到每段准窗口中能够实现目标拦截的发射窗口,将其取并集得到针对目标拦截的精确发射窗口。仿真表明本文提出的计算方法能够快速准确得到目标拦截的发射窗口。     

北斗工程IGSO/MEO/GEO发射轨道设计

随着我国航天事业的蓬勃发展,运载火箭发射要求也呈现多样化。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统,经历三步跨越式发展,目前已经全面建成。CZ-3A系列火箭承担了北斗工程全部发射任务,该工程对火箭倾斜同步转移轨道（IGTO）、中圆转移轨道（MTO）、地球同步转移轨道（GTO）新类型轨道要求。介绍了该类轨道特点,讨论了火箭发射方案、发射轨道设计及高空风双向补偿方法。实际飞行考核充分证明了发射轨道设计的正确性,设计方法确保了北斗工程全部发射任务取得圆满成功,为北斗工程顺利实施奠定了基础。     

一种基于任务分区的轨道转移飞行器轨迹重规划方法

针对轨道转移飞行器入轨任务中可能的异常状态,提出一种基于任务分区的在线轨迹重规划方法。将重规划问题描述为非线性系统最优控制问题,在地心惯性坐标系中建立飞行器的状态方程。考虑轨道倾角偏差与远地点高度偏差,设计任务分区并完成目标轨道决策。根据不同分区确定相应的性能指标与约束条件,以目标轨道为圆轨道的任务为例,构建凸优化问题并采用序列凸规划方法完成求解,使轨道转移飞行器出现飞行偏差时能够预测可达范围并重新规划任务飞行轨迹。仿真结果表明这种方法可以在飞行任务中快速实现不同条件的轨迹重规划设计,对异常状态实现一定程度的补救。     

基于TOPSIS算法的空间快速响应发射方案评估

针对空间快速响应发射方案评估优选问题,通过分析空间快速响应发射任务规划过程得到发射方案组成要素,在此基础上构建了三级评估指标体系;综合考虑专家主观喜好和客观事实,同时为了有效避免个别专家个性意愿对于权重分配的影响,采用信息熵权法和群决策层次分析法相组合的方式完成了指标赋权;针对方案指标数据的多样性,通过逼近理想解排序法对方案进行了综合评估及优选排序.典型算例证明了该方法的科学性和实用性,可为空间快速响应发射方案评估优选提供理论支撑.     

机动发射弹道导弹集群诸元快速规划

针对机动发射条件下弹道导弹集群的飞行诸元快速规划问题，将神经网络预测与最小二乘优化相结合，提出了一种弹道导弹发射诸元快速规划方法。首先分析了弹道导弹助推段飞行策略并选取适当的发射诸元，以发落点信息为输入，设计双隐藏层诸元预测网络，通过弹道仿真获取弹道数据建立数据集完成网络训练，利用该网络可以得到发射诸元迭代初值。在此基础上，为了消除数据集中样本数据不平衡对发射诸元规划精度的影响，以落点射程、横程、高程偏差最小为指标函数，结合最小二乘优化方法进行迭代获得发射诸元精确解。最后在典型发射场景下，进行了弹道导弹集群机动快速发射仿真验证。结果表明，该方法相较于传统方法可显著提高计算速度与精度，且在给定的大范围机动条件下，能够满足弹道导弹集群对远距离、多目标的快速精确打击。     

中国运载火箭技术发展概况

1970年4月24日，我国成功地用自行研制的长征1号运载火箭发射了第一颗人造地球卫星，使我国成为继苏、美、法，日之后第五个用自制火箭发射自制人造卫星的国家。卫星的重量比前4个国家发射的首颗人造卫星重量之和还多。这表明，当时我国的运载火箭已达到了一定的水平。至今，我国已经发射成功的长征系列火箭有14种，完成了飞行试验前的全部研制工作、只待飞行验证的还有2种。在这些火箭中，主要用于低地球轨道发射的有6种(长征1、2、2C、2D、2E和2F)：主要用于中轨道(如太阳同步轨道)发射的有4种(长征1D、2C／SD、4A和4B)：主要用于高轨道(如地球静止转移轨道)发射的有4种(长征3、3A、3B和3C)。对应这三种典型轨道的运载能力为：低地轨道0.2—8.0吨，太阳同步轨道为0.4～2.8吨，静地转移轨道为1.5～5.1吨。长征系列火箭的运载能力基本覆盖了低、中、高地球轨道不同航天器的发射需要。     

载人登月绕月自由返回轨道与窗口精确快速设计

针对载人登月任务背景及工程约束,提出一种轨道与窗口一体化设计方法。通过两次坐标转化,将自由返回轨道设计参数解耦为近月点独立变量。在双二体假设下,通过4段二体轨道拼接完成自由返回轨道初值快速搜索及匹配近地停泊轨道(LEO)面的月窗口,其结果作为下一步采用序列二次规划（SQP）迭代求解高精度动力学模型轨道参数的初值,在该条精确轨道近月点时刻90 min邻域内产生可以匹配LEO地月转移入轨相位的零窗口轨道。算例表明,该流程能够精确快速地完成具有复杂任务背景及苛刻工程要求的载人登月绕月自由返回轨道与窗口设计问题。     

风云2号静止气象卫星工程简介

气象卫星是对地球及其大气层进行气象观测的遥感卫星。气象卫星按轨道不同，分为太阳同步轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星。太阳同步轨道卫星可以获得全球气象信息，如我国的风云（FY）1号气象卫星：地球静止轨道气象卫星可以对目标区域进行连续气象观测，如我国的风云2号气象卫星。两种类型的气象卫星相互补充、协同观测。目前除中国外，美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度都先后发射了气象卫星。