载人航天器空间交会对接过程中人的作用

一、交会对接的控制模式航天器空间交会对接技术是实现空间站、空间平台等大型载人航天器在轨装配、回收、补给和维修服务等高级空间操作的先决条件，具体地说，对交会对接的任务需求可归纳为下述几个方面：１大型空间机构的在轨组装，增加或更换空间站的舱段；２定期为永久性空间站和空间平台加注燃料，补充给养、器材和原材料。３更换陈旧或失效的有效载荷、实验仪器和生产设备，并回收产品。４执行空间维修和救援任务。一般而言，它包括两个相互衔接的空间操作：空间交会和空间对接。所谓交会是指航天器之间在轨道上按预定要求相互接近的…     

空间碎片绳网捕获拖曳恒张力控制

针对空间绳网系统捕获空间碎片后，在轨道转移过程中的精确控制问题，提出一种使用常值拉力将空间碎片拖曳至坟墓轨道的方法。首先，采用牛顿欧拉法建立绳系组合体动力学模型；其次，通过李雅普诺夫方法证明仅使用恒张力即可实现拖曳过程的稳定控制；再次，提出采用常值拉力切换控制律抑制空间碎片的姿态章动，采用基于相平面控制原理的控制律抑制绳系组合体面内面外摆动，规避在轨道转移过程中系绳松弛造成缠绕、系绳张力过大造成断裂或两星接近发生碰撞等风险。最后，通过拖曳离轨全过程仿真分析，校验了所提出控制方法的有效性。     

国外中继卫星系统对交会对接任务的支持研究

<正>空间交会对接是两个或两个以上航天器在空间进行的一项极其复杂的空间操作。这种操作是实现空间站在轨装配、补给和维修等高级空间操作的必要条件,也是实现空间站工程的一项重要任务。由于空间交会对接是当前世界航天领域中一项十分复杂     

新型绳系交会对接方案

介绍了绳系系统的三种R-bar和两种V-bar交会对接方案.给出了各方案的实现过程,分析和比较了对接性能及优缺点.研究表明绳系对接方案具灵活、控制精度高等特点,其安全性可获双重保障.     

空间交会对接技术及其发展趋势

空间交会对接技术及其发展趋势周前祥连顺国空间交会对接技术包括两部分相互衔接的空间操作，即空间交会和空间对接。所谓交会是指两个或两个以上的航天器在轨道上按预定位置和时间相会，而对接则为两个航天器相会后在结构上连成一个整体。从６０年代美、苏两国分别实现了...     

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...     

快速交会对接若干关键技术问题研究

综合相关文献,提炼出调相轨道设计,入轨精度对调相的影响评估和可变推力下入轨精度改进效果分析等快速交会对接关键技术问题.对比天宫和国际空间站的对接模式差异,比较分析了3种备选快速对接调相轨道的优缺点,给出了合理可行的实现建议.仿真分析表明,圆调相轨道、增大轨道差和双调相轨道配置有利于快速交会对接的灵活实现.通过对调相轨道和入轨精度匹配性的量化分析,提出了运载火箭进一步提高入轨精度的实现方法,为快速交会对接方案提供了有益参考.     

美、俄航天器与"国际空间站"交会的轨道分析

发射航天器与"国际空间站"进行交会对接是美国和俄罗斯两国常规性的航天活动,在每次这类飞行的全过程中因特网的有关网站都将北美航天防空司令部(NORAD)追踪测量得到的航天器的轨道根数予以公布。据此对2005年7月美国航天飞机与"国际空间站"的交会对接以及2006年3-4月俄罗斯的联盟TMA-8载人飞船与"国际空间站"的交会对接过程的轨道进行了分析。     

嫦娥五号月球轨道交会对接远程导引轨道设计与飞行实践

结合月球轨道交会对接任务的特殊性和中国探月工程的实际工程约束,介绍了嫦娥五号任务月球轨道交会对接远程导引轨道设计,包括轨道器调相和上升器远程导引两方面内容,重点介绍了月球轨道交会对接远程导引多脉冲调相轨道方案的选择、标称轨道优化设计、轨控策略和误差分析结果以及实际飞行轨道控制的情况。飞行实践数据分析表明：嫦娥五号任务月球轨道交会对接远程导引轨道设计是正确合理的,实际飞行的速度增量满足推进剂预算的要求,全飞行过程测控条件良好,交班点控制精度完全满足转自主控制的要求,有力保障了交会对接和样品转移的顺利完成。     

苏联/俄罗斯的空间交会对接技术

目前,在世界空间交会对接技术领域处于领先地位的是俄罗斯和美国。苏联/俄罗斯是世界上进行航天器空间交会对接最多的国家,其对接形式也多种多样,有无人飞船与无人飞船的对接,有载人飞船、无人飞船与空间站的对接,以及空间站模块舱间的交会对接和组装等。苏联/俄罗斯在航天器的空间交会对接中积累了丰富的成功经验,也有不少失败的教训,很值得借鉴。     

Rosetta: The ESA comet rendezvous mission

Rosetta was selected in November 1993 for the ESA Cornerstone 3 mission, to be launched in 2003, dedicated to the exploration of the small bodies of the solar system (asteroids and comets). Following this selection, the Rosetta mission and its spacecraft have been completely reviewed: this paper presents the studies performed the proposed mission and the resulting spacecraft design.

Three mission opportunities have been identified in 2003–2004, allowing rendezvous with a comet. From a single Ariane 5 launch, the transfer to the comet orbit will be supported by planetary gravity assists (two from Earth, one from Venus or Mars); during the transfer sequence, two asteroid fly-bys will occur, allowing first mission science phases. The comet rendezvous will occur 8–9 years after launch; Rosetta will orbit around the comet and the main science mission phase will take place up to the comet perihelion (1–2 years duration).

The spacecraft design is driven (i) by the communication scenario with the Earth and its equipment, (ii) by the autonomy requirements for the long cruise phases which are not supported by the ground stations, (iii) by the solar cells solar array for the electrical power supply and (iv) by the navigation scenario and sensors for cruise, target approach and rendezvous phases. These requirements will be developed and the satellite design will be presented.     

苏/俄交会对接技术研究

苏/俄交会对接技术的研发,最初是为20世纪60年代初苏联月球使命服务的,后来主要用于空间站的运输使命。因此,最初的＂联盟＂飞船逐步演变发展为联盟号载人飞船系列与进步号货运飞船系列。联盟号和进步号飞船应用＂指针＂或＂航向＂交会雷达系统,基本采用自动轨道交会方法。对应急运作,联盟号航天员可使用手控器;对于不载人的进步号使命...     

基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

“天宫一号”目标飞行器信息管理策略

“天宫一号”目标飞行器信息系统作为目标飞行器的重要功能系统,主要完成目标飞行器内部信息管理以及与地面和载人飞船的通信管理,确保目标飞行器的健康和稳定运行,支持目标飞行器各项任务的完成。文章对"天宫一号"目标飞行器信息系统的信息管理策略进行了概述,包括信息管理需求、设计原则、系统组成、主要技术特点以及可靠性安全性设计。“天宫一号”目标飞行器信息系统的信息管理策略经过首次无人和有人交会对接任务验证,满足任务要求,为后续空间站信息系统详细设计奠定了基础。     

航天飞行器相对运动动力学及其控制方法

采用本地轨道从标系对两邻飞船间相对运动动力学展开研究，指出在相对运动中也存在平衡状态，用相平面方法分析了其稳定性，基于此分析，综合出相对运动控制方法，即距离速率控制方法，受控运动轨迹是一条稳定的稳态直线，进而建立了全方位距离速率控制方法。最后以系绳卫星系统和飞船安全为例完成了计算机模拟。     

Short profile for the human spacecraft Soyuz-TMA rendezvous mission to the ISS

Reduction of flight duration after insertion till docking to the ISS is considered. In the beginning of the human flight era both the USSR and the USA used short mission profiles due to limited life support resources. A rendezvous during these missions was usually achieved in 1–5 revolutions. The short-term rendezvous were made possible by the coordinated launch profiles of both rendezvousing spacecraft, which provided specific relative position of the spacecraft or phase angle conditions. After the beginning of regular flights to the orbital stations these requirements became difficult to fulfill. That is why it was decided to transfer to 1- or 2-day rendezvous profile. The long stay of a crew in a limited habitation volume of the Soyuz-TMA spacecraft before docking to the ISS is one of the most strained parts of the flight and naturally cosmonauts wish to dock to the ISS as soon as possible. As a result of previous studies the short four-burn rendezvous mission profile with docking in a few orbits was developed. It is shown that the current capabilities of the Soyuz-FG launch vehicle and the Soyuz-TMA spacecraft are sufficient to provide for that. The first test of the short rendezvous mission during Progress cargo vehicle flight to the ISS is planned for 2012. Possible contingencies pertinent to this profile are described. In particular, in the majority of the emergency cases there is a possibility of an urgent transfer to the present 2-day rendezvous profile. Thus, the short mission will be very flexible and will not influence the ISS mission plan. Fuel consumption for the nominal and emergency cases is defined by statistical simulation of the rendezvous mission. The qualitative analysis of the short-term and current 2-day rendezvous missions is performed.     

远程导引脉冲变轨方案的有限推力修正

对远程导引脉冲变轨方案的有限推力修正进行了研究。将多脉冲变轨方案设计结果转换为有限推力式并进行修正,以消除转换误差和摄动模型误差。分析了由转换算法和摄动模型产生的初值误差,比较了不同工况下的修正效果。算例表明:将初始多脉冲变轨方案转换为有限推力后进行修正,所得结果能实现真实飞行环境中追踪航天器对目标航天器的拦截或交会。     

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。     

Opportunity options for rendezvous,flyby and sample return mission to different spectral-type asteroids for the 2015–2025

The feasible rendezvous, flyby and sample return mission scenario to different spectral-type asteroids for the 2015–2025 are investigated. The emphasis is put on the potential target selection and the design of preliminary interplanetary transfer trajectory in this paper. First, according to different scientific motivations, some potential targets with different spectral-type and physical property are selected. Then, some optimal rendezvous and sample return opportunities for different spectral-type asteroids are presented by using pork-chop plots method and Sequential Quadratic-Programming (SQP) algorithm. In order to reduce the launch energy and total velocity increments for sample return mission, the Earth swingby strategy is used. In addition, the feasible trajectory profiles of flyby and rendezvous with two different spectral-type asteroids in one mission are discussed. A hybrid optimization method combing the Differential Evolution (DE) algorithm and SQP algorithm is introduced as a trajectory design method for the mission. Finally, some important parameters of transfer trajectory are analyzed, which would have a direct impact on the design of spacecraft subsystem, such as communication, power and thermal control subsystem.