近地轨道航天器快速交会技术分析

航天器交会对接是空间工程的一项关键技术,是各种复杂和大型航天任务的基础。随着空间技术的发展,传统2天交会模式任务周期长的问题逐渐凸显。文章结合俄罗斯近期进行的近地轨道快速交会对接任务,分析快速交会技术应用、弃用、重新启用的发展历程和原因,基于俄罗斯传统2天交会对接方案,研究了减少交会任务周期的方法和快速交会对接任务周期范围,分析快速交会对接相位特性和可行性并提出应急方案,最后分析俄罗斯快速交会模式演化并提出改进措施。文章分析成果可为我国快速交会对接方案设计提供参考依据。     

国外中继卫星对航天器交会对接的测控通信支持

中继卫星系统的天基测控通信是近代航天技术的重大突破,它能够有效地满足航天器交会对接的测控通信需要。文章分析了美国＂跟踪与数据中继卫星系统＂（TDRSS）和欧洲＂阿特米斯＂（ARTEMIS）中继卫星对＂自动转移飞行器＂（ATV）与＂国际空间站＂（ISS）交会对接任务的测控通信支持,总结了国外中继卫星系统支持航天器交会对接...     

基于PRA的交会对接任务可靠性评估

为有效评估交会对接任务过程的可靠性指标,提出了基于概率风险评价（PRA）的交会对接任务可靠性评估方法,该方法是通过事件树描述各事件或功能的可靠性与任务可靠性之间的关系,同时通过概率风险模型描述事件或功能的可靠性与设备可靠性之间的关系。根据我国航天领域可靠性工作现状,提出了交会对接过程可靠性评估的工程流程。     

航天器交会对接发射窗口分析

分析了交会对接任务中航天器受到的主要约束条件,将约束条件与发射时间相关联,建立了交会对接任务中发射时间求解的数学模型,设计了发射窗口的求解方法,得到了满足各项约束条件的交会对接发射窗口,并进一步对交会对接任务目标航天器初始轨道对发射窗口的影响进行了分析。
     

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。
     

美航天飞机将七上和平号空间站

美航天飞机将七上和平号空间站美俄打算将洛克韦尔公司的轨道器对接系统（ＯＤＳ）用于和平号空间站与亚特兰蒂斯号航天飞机的交会。洛克韦尔公司现已完成轨道器对接系统的研制，对接系统业已运抵肯尼迪航天中心为美俄联合飞行任务作准备。该系统的整个研制工作花了两年时...     

载人飞船交会对接及组合体模式下的数据管理

根据有人参与的交会对接任务,其飞行器间通信、遥测模式多变和手控参与多的数据管理特点,文章从两飞行器间的总线通信与并网管理、遥测管理、手控支持等方面,提出了在自主交会对接过程中和组合体状态下的数据管理解决途径,经过成功执行我国首次交会对接飞行任务,验证其合理可行,可靠性和安全性高,可满足交会对接数据管理需求。     

让“太空之吻”完美再现——航天二院25所交会对接微波雷达再立新功

2012年6月,在我国首次载人交会对接任务中,中国航天科工集团公司二院25所的交会对接微波雷达为天宫与神九精准导引,圆满完成了"首先捕获、稳定跟踪、精确测量"的神圣使命。这是继2011年11月我国首次交会对接任务后,微波雷达不负众望,再让"太空之吻"画面完美定格。25所自主研发的交会对接微波雷达是实施此次交会对接任务的关键单机,为交会对接提供距离、速度、角度、角速度等信息。在首次载人交会对接中,微波雷达在神舟九号飞船和天宫一号目标飞行器相距224公里时,迅速发现并锁定目标,直至两航天器成功实现对接,始终工作正常,性能稳定、状态良好,为交会对接任务的圆满完成做出了突出贡献。     

基于液相污染模型的航天器交会对接羽流污染研究

航天器交会对接任务一般由主动对接方和被动目标配合完成,交会对接飞行的主动寻的段和分离撤离段均可能出现主动对接方开启反向发动机进行反向紧急制动和撤离的情况,该情况下被动目标可能受到来自主动方反向发动机羽流污染影响。文章利用国际空间站羽流污染计算模型对交会对接任务羽流污染沉积进行了分析计算。     

太空环境飞行器交会对接设备精测工艺方法研究

交会对接设备是实现飞行器交会对接的重要部件。它的安装精度直接影响交会对接任务的成败。为了研究太空环境下飞行器舱体压差对交会对接设备安装姿态的影响,文章根据太空环境飞行器所受压差情况,设计了地面仿太空环境试验,对某型号飞行器的交会对接设备及舱体基准进行了姿态测量,分析了由于舱体内外压差的影响而造成的设备姿态变化,并根据试验结果分析研究出一种新的地面总装精测工艺方案。     

四十年空间交会对接技术的发展

空间交会对接问世至今,已经有40年历史,在轨成功实现交会对接约300多次。文章首先从技术发展角度分析研究40年来交会对接过去和现在的技术水平、空间活动典型事例;其次讨论在轨服务技术和分析常用7种交会对接敏感器的总体性能,并作相互比较;最后讨论未来交会对接技术发展趋势。     

用于统计能量分析参数辨识的子空间方法研究

利用统计能量分析法预示航天器结构高频动力学响应时,正确估计各子系统的统计能量分析参数至关重要。论文从实验参数辨识角度,基于子空间法的统一理论框架,提出功率流模型辨识/耦合矩阵修正方法(PMI/CMA)辨识系统的内损耗因子和耦合损耗因子参数。首先利用子空间法直接由时域测试数据辨识功率流模型的等价状态空间模型,然后利用辨识模型特征参数修正初始耦合矩阵。耦合矩阵修正方法考虑了子系统间的耦合信息,并通过寻求耦合矩阵初始值相对误差的最小范数解得到修正参数。最后利用两个实际结构分别对算法进行了仿真分析并与功率流实现/统计能量分析模型修正方法(PRM/SMI)进行了对比,验证了PMI/CMA方法的有效性。     

神舟飞船出舱活动故障模式和对策的设计与实践

根据出舱活动任务及程序安排,以确保航天员安全和提高出舱活动任务可靠性为原则,提出了飞行事件时域、空域分析与出舱活动故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）结果相结合的设计方法,完成了我国出舱活动飞行任务故障模式与对策。所设计的多种出舱活动故障模式与对策,覆盖了出舱活动飞行任务可能发生的各种情况,经出舱活动飞行试验验证,故障模式设计及对策设计合理,有力保证了神舟七号飞船出舱活动的圆满成功,具有工程实用价值。     

基于MicroSim仿真平台的航天器交会对接物理仿真系统

航天器交会对接物理仿真是进行交会对接技术地面试验和验证的一种行之有效的方式,本文初步分析了利用微小卫星五自由度仿真平台M icroSim实现交会对接过程中测量方案、制导和控制策略以及GNC软件系统性能等仿真验证的物理仿真系统的可能性,简要介绍了M icroSim仿真平台,提出基于M icroSim仿真平台的航天器交会对接物理仿真系统总体方案。为建立我国的RVD物理仿真系统提供了一条快速低廉的有效途径。     

空间站脉冲编码被动式交会对接合作目标三维跟踪

针对空间站交会对接(RVD)过程中合作目标在视频中周期性发光的特点,提出基于累积帧差法的合作目标检测方法及相应的跟踪窗口确定方法,建立合作目标状态的识别机制。在跟踪过程中,针对均值漂移算法容易受到图像背景干扰产生较大跟踪偏差的问题,在光流计算的基础上,提出一种基于线搜索的二维跟踪算法。通过分析敏感器采集的视频,验证了文中提出的算法能够准确地检测和跟踪图像序列中的合作目标,进而结合像机位姿估计算法,连续地估计像机位姿在三维空间中的变化。     

Mission to Mars using integrated propulsion concepts: considerations, opportunities, and strategies

The aim of this paper is to evaluate the feasibility of a mission to Mars using the Integrated Propulsion Systems (IPS) which means to couple Nuclear-MPD-ISPU propulsion systems. In particular both mission analysis and propulsion aspects are analyzed together with technological aspects. Identifying possible mission scenarios will lead to the study of possible strategies for Mars Exploration and also of methods for reducing cost. As regard to IPS, the coupling between Nuclear Propulsion (Rubbia's engine) and Superconductive MPD propulsion is considered for the Earth-Mars trajectories: major emphasis is given to the advantages of such a system. The In Situ Resource Utilization (ISRU) concerns on-Mars operations; In Situ Propellant Utilization (ISPU) is foreseen particularly for LOX-CH4 engines for Mars Ascent Vehicles and this possibility is analyzed from a technological point of view. Tether Systems are also considered during interplanetary trajectories and as space elevators on Mars orbit. Finally strategic considerations associated to this mission are considered also.     

多宽带干扰信号频域甄别方法与分离算法

针对复杂电磁环境下的时频域重叠干扰信号,提出了频域甄别方法与分离算法。先通过分析所接收干扰信号的频谱,将整个频段分割为一个或多个子带,对每个子带内是否有频域重叠进行甄别判断;对于存在频域重叠的情况,通过波束形成技术,以波束接收的方式将子带中的重叠信号在空域分离。最后,将相同入射方向的频段进行拼接。仿真结果验证了该算法的有效性。     

再入航天飞机表面热流密度辨识

本文给出了求解表面热流密度辨识这一热传导逆问题的顺序函数法。然后以某模型航天飞机迎风中心线上的某特征点为例，将航天飞机再入时的表面热流密度辨识问题简化为一维模型问题，用顺序函数法来对该特征点上的对流加热流密度进行了仿真辨识，得到了较理想的辨识结果。该方法在航天研究领域有着良好的工程应用前景。     

木星辐射环境不确定性对总剂量风险的影响

以木星探测任务为背景，针对木星辐射带粒子能量高、通量大的强辐射特点，基于器件总剂量辐照试验数据、木星辐射带模型、太阳质子通量模型，将器件失效点剂量不确定性与辐射环境不确定性应用到总剂量设计中，可定量评估特定任务一定屏蔽下的器件失效概率、辐射设计余量(RDM)的置信度及影响因素，可实现木星任务中器件指标、屏蔽厚度和失效概率之间的权衡和优化。首先，根据商业器件TL084辐照试验数据，发现其失效概率分布符合威布尔分布。对于10个木星半径的赤道面轨道，辐射带质子通量比太阳质子大3个数量级，随着屏蔽厚度的增加和任务期的减小，TL084器件所受剂量和失效概率减小。当屏蔽厚度为 10 mm 铝时，器件平均寿命小于2星期。另外，定义并考察了器件的失效速率，失效速率随屏蔽厚度的减小和在轨时间的增加而增加。对于传统的RDM为2的设计方法，1 mm铝屏蔽下对应的置信度为89%。