美国小行星俘获任务及其启示

小行星俘获(ACR)任务是美国Keck空间研究中心发起的一项深空探测任务。该任务计划选定一颗近地小行星,通过口袋式抓捕系统对其实施抓捕,并于2025年左右将其带回近月空间。文章介绍了ACR任务的内容和系统设计,具体包括:航天器总体构型、抓捕分系统、探测识别分系统和控制与推进分系统;对小行星抓捕的目标探测与识别、旋转匹配、抓捕、消旋、轨道转移等核心操作。基于ACR任务,提出了空间目标俘获技术的需求与应用、抓捕航天器系统设计的启示;基于我国目前的技术研究情况,总结分析了发展空间目标俘获任务所需的关键技术,如大功率柔性太阳翼、长时间大范围轨道机动、目标探测与识别、快速机动、目标抓捕与消旋。     

考虑太阳帆板振动的空间绳系拖曳动力学与控制

针对使用空间绳网捕获带有太阳帆板等柔性附件的大型失效航天器的碎片清除任务,充分考虑了拖曳过程中柔性附件产生的振动对系统的稳定造成的影响。首先采用凯恩方法建立了失效航天器绳系拖曳系统动力学模型,在建模过程中充分考虑系绳的质量和振动、帆板的振动、系统的轨道运动对姿态的影响等,使动力学模型更加详细和完整,且该动力学模型不受失效航天器所处位置的限制,适用于任意轨道上的失效航天器的拖曳离轨任务;之后根据平衡状态的特点,求取了系统的平衡解,并在平衡解附近对动力学方程线性化,然后采用李雅普诺夫方法分析了系统的稳定性及各参数的变化规律;并针对失效航天器可能产生的姿态章动设计了常值张力切换控制律;最后采用数值仿真的方法分析了失效航天器的帆板振动对绳系拖曳过程的影响,校验了控制律的有效性。     

旋转失效卫星的运动观测及消旋接触方案设计

以旋转失效卫星的消旋为研究背景,提出一种双重光流约束的特征点运动跟踪识别方法。该方法利用双目视觉,可实现对非合作旋转失效卫星的运动观测,并为机械臂消旋操作提供接触方案。首先,跟踪识别序列图像中稳定存在的特征点并记录其轨迹,采用频域分析的方法检测特征点轨迹的变化频率,从而获取目标旋转角速度,通过地面物理实验,验证所提目标运动观测的有效性;随后,利用特征点轨迹分析目标的运动包络与适宜接触区域,并根据目标运动特性和接触消旋的时间约束,给出完成消旋的接触强度约束,继而得到机械臂的操作性能需求,为接触式消旋的工程实践提供参考。     

航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。     

航天器介质充电效应模拟试验中的非接触式电位转接测量技术

航天器充放电效应地面模拟试验中需要测量的一个重要参数是介质的充电电位。文章基于介质充电电位的非接触式转接测量技术,分析了测量中引起误差的各个因素,讨论了减小测量误差和提高转接测量分辨率的方法,并进行试验验证。据此设计了一套介质电位非接触式转接测量系统,其测量分辨率达到10 V以下,且由电荷泄漏引起的测量误差1%,能够满足航天器介质充电电位的测量要求。     

激光无线能量传输在轨应用方法

根据分离模块航天器系统特点和任务需求,结合无线能量传输的技术能力和水平,开展激光无线能量传输在分离模块航天器系统中应用方法研究,设计了一种基于激光相控阵技术的多光束激光能量发射天线以及由其组成的激光无线能量系统方案,包括航天器编队、能量转换、激光发射等方式,对未来的激光能量传输的在轨应用具有参考价值。     

电子经纬仪测角原理及其在航天器检测中的应用

文章介绍了T3000型电子经纬仪的动态测角原理,包括其独特的度盘系统、读数系统及精度校准技术,竖轴倾斜自动补偿技术。同时介绍了基于两台或多台电子经纬仪组成的非接触式航天器检测系统,介绍了该系统的构成与功能,系统设计思想、数学原理等,并举例介绍了该系统在某航天器返回舱检测中的应用。     

航天器预测与健康管理技术研究

从研究进展、体系结构和关键技术三方面概述了航天器预测与健康管理(Prognostics and Health Management,PHM)技术。概括了国内外航天器PHM研究进展,总结了PHM通用方法体系和逻辑分层、视情维修等通用性PHM体系结构,在此基础上提出采用星地协同三级闭环的模式构建卫星PHM系统;结合航天器技术特点,分析了航天器PHM各个功能层级的关键技术,并对我国航天器PHM技术的发展提出了建议。     

航天器姿态机动规划技术研究进展

以航天器多约束姿态控制为背景,围绕姿态机动路径的复杂约束处理问题,对姿态机动规划技术的规划模型、方法研究现状与未来发展趋势进行了论述、分析与归纳。首先介绍了航天器姿态机动规划模型,随后梳理并总结了航天器姿态机动规划技术发展历程及现状,从方法逻辑、设计思想等方面对姿态机动规划方法进行分类和关键技术分析,进一步根据技术发展脉络和未来航天任务需求,提出了航天器姿态机动规划技术的若干发展趋势。     

软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划粒子群算法

研究欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划问题。众所周知航天器利用三个动量飞轮可以控制其姿态和任意定位，当其中一轮失效，航天器动力学方程表现为不可控。在系统角动量为零的情况下，系统的姿态控制问题可转化为无漂移系统的运动规划问题。基于粒子群优化技术设计了欠驱动刚性航天器姿态的非完整运动规划算法。通过数值仿真，并和遗传算法进行了比较，结果表明该方法对欠驱动航天器姿态运动规划是有效的。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。     

载人航天器地面试验验证体系研究

在载人航天器的研制过程中,地面试验验证是保证产品在实际应用环境中正常运行、满足任务要求的主要手段之一。文章在对载人航天器试验技术与方法调研的基础上,系统总结了载人航天器试验覆盖性分析和验证的成功经验,提出了载人航天器系统级试验规划设计方法,找出了系统试验验证技术的薄弱环节。结合载人航天后续任务的特点,从试验管理、试验覆盖性分析、仿真与试验的协调、新型试验技术、试验基础设施等5个方面提出了载人航天器试验技术发展方向和需重点解决的问题,可为后续载人航天器的研制和试验技术发展提供支持。     

航天器异地测控链路无线联试系统设计

针对当前测控链路无线联试系统无法满足航天器异地无线联试需求的问题,提出了一种基于远程以太网络的无线联试系统架构,围绕任务需求开展射频-数据一体化处理、远程网络数据加密传输和远程网络数据传输服务质量(QoS)保障等关键技术研究,并通过搭建原型系统和测试环境对系统功能进行了验证。提出的异地无线联试系统架构可为后续各类航天器在发射场等的异地联试系统设计提供参考。     

航天器自主任务规划修复技术研究进展

结合航天器自主能力发展的迫切需求，阐述了航天器自主任务规划修复的必要性和难点。给出了航天器自主任务规划修复技术、航天器任务规划稳定性和规划修复问题的定义。根据规划执行失败时采用的修复策略，将自主任务规划修复技术分为规则匹配型、局部调整型、删除/求精型、状态转移型和构造新问题型五类。重点归纳了各类自主任务规划修复技术的研究进展和特点，分析了规划稳定性的定量评价方法。并在对目前任务规划修复方法总结分析的基础上，给出了未来航天器自主任务规划修复技术的研究方向建议。     

基于多智能体系统的多航天器编队分布式姿态协同控制

多航天器编队飞行在深空探测及协同对地观测等领域有着重要应用,而多航天器的姿态跟踪及协同控制技术作为其关键技术之一也引起了极大的关注。近年来,随着分布式人工智能技术的发展,多智能体系统(MASs)受到了航天器控制领域学者的关注并将其应用到多航天器编队控制中。本文回顾了多智能体系统协同控制及其在多航天器编队姿态协同控制中应用的研究进展。首先,从多航天器编队不同控制需求出发,分别从一致性跟踪控制、有限时间控制、事件驱动控制方面,回顾了多智能体系统协同控制问题的进展;其次,回顾了多航天器姿态协同控制在上述需求方面的研究进展,并基于多智能体系统的协同控制理论,提出了相应的分布式姿态协同控制策略。     

航天器时态规划技术研究进展

结合航天器自主运行的迫切需求,阐述了航天器任务规划问题给智能规划技术带来的挑战,并重点分析了具有时间属性的规划方法研究必要性。给出航天器时态规划定义,分别总结了状态空间时态规划建模方法和基于时间线的时态规划建模方法,并给出时态规划知识模型关键元素定义。根据规划方法发展现状,归纳总结前向链、模型转换、规划空间规划和分层任务网络四种方法在时态规划技术方面的特点和研究进展,着重描述各种方法对规划中时间要素的处理。在对目前的航天器时态规划技术发展趋势总结分析基础上,给出了未来航天器时态规划技术的发展建议。     

空间站实验舱柔性电池翼约束释放机构设计与验证

柔性太阳电池翼国内首次在中国空间站成功应用，是空间站系统最复杂、难度最大的机电产品之一，而约束释放机构作为柔性太阳电池翼系统的关键构成，用于实现太阳翼上升段压紧保护和在轨段解锁释放，其成败直接影响航天器任务成败。基于任务需求，本文介绍了柔性电池翼约束释放机构的构成、工作原理、详细设计以及仿真验证和在轨应用情况，分析其技术特点及关键技术。地面验证及在轨飞行试验验证了约束释放机构设计的正确性与合理性，为我国航天器多点大面积可重复压紧及解锁方面提供了一种新颖且可靠的解决方案。     

面向航天器在轨加注的地面模拟技术

文章结合近年来航天器在轨加注的相关研究,着重对其地面模拟试验技术进行了探讨。首先对国外相关地面模拟技术进行了综述,其次对一种新型地面模拟系统进行了详细介绍。该系统由气浮平台、航天器模拟器、光学测量系统、地面控制系统、自主对接和流体加注机构等组成,不仅能演示航天器在轨加注任务的全过程,而且能完整演示自主对接与分离、流体传输与控制、导引测量与推进等在轨加注关键技术。     

航天器动力学数据采集分析系统

针对航天器动力学环境试验测试的特点,自主研制了以VXI总线为基础的128通道航天器动力学数据采集处理系统.文章介绍了系统的构成和特点,在硬件上采用块传输和同步时钟等技术,在软件上应用面向对象技术及功能模块分层管理的思想.该系统突破了高速同步采样、大容量数据实时传输、并行任务实现等关键技术,并具备一定的扩充空间,可以投入型号研制中使用.