圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

遗传算法在星座多星接近轨道优化中的应用

以三颗非共轨的Walker星座卫星为研究对象, 对航天器无需变轨与其接近的可能性进行研究. 将Lambert方法得到的航天器轨道作为初始轨道, 利用遗传算法对初始轨道进行优化. 对初始轨道在参考时刻位置和速度的改变量进行编码,形成对应的种群. 以航天器与星座卫星之间的最近距离为适应度函数, 通过种群的繁殖得到优化结果. 结合仿真算例, 分析了最小二乘算法和遗传算法在轨道优化中的优劣以及接近过程中轨道摄动的影响. 结果表明, 遗传算法适用于所提出的轨道改进问题. 研究结果可为单航天器无需变轨对星座多星接近问题提供理论依据.      

航天器双主动交会策略研究

从理论上分析了共面近地圆轨道上的航天器的远程双主动交会的问题.根据轨道动力学基本原理,导出各种情况下特征速度的解析解,为航天器变轨时的燃料消耗分析提供了依据.进一步探讨了航天器轨道转移过程中的时间策略,以保证在不同轨道上运行的航天器在同一时刻、同一空间位置交会.上述理论分析的仿真计算结果表明,双主动交会总特征速度和过程耗时都低于主被动交会情形,单星的燃料消耗大大降低,对大范围快速变轨,优势更加明显.     

基于螺旋理论的航天器姿轨耦合分析

针对航天器运动姿轨耦合性问题,对基于螺旋理论得到的航天器运动模型,定性地分析了姿轨耦合特性。采用参数分析法,从模型所包含的耦合项出发,逐次改变各个参数,进而推导出对应的耦合表达式。为了检验耦合性对控制效果的影响,设计了PD 控制律并进行数值仿真。理论分析和仿真结果进一步证明,基于螺旋理论的航天器姿轨模型,其姿态和轨道运动之间是相互影响的,从控制角度而言,姿态运动对轨道运动影响相对更为严重,容易出现了大的振荡,而轨道运动对姿态运动的影响基本可以忽略,为工程实践提供参考。     

轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.     

载人航天器的发射窗口及太阳能帆板的最佳受晒

首先根据载人航天器轨道运行段的基本特征,利用球面三角公式推导了：①阳光方向与载人航天器太阳能帆板法向的最佳夹角公式;②圆轨道的受晒因子公式。然后根据理论分析,引入帆板的效率系数。最后借助于计算机代数ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ系统,建立了一种分析帆板最佳受晒的直观、清晰、简便的方法。所得的结论为确定载人航天器的发射窗口提供了依据。     

航天器轨道交会迭代制导算法

针对航天器轨道交会的脉冲推力模型与实际发动机连续推力模型不相符的问题,研究一种脉冲变轨策略的工程实现方法,使脉冲变轨策略可应用于工程实际.基于Lambert飞行时间定理和遗传算法,研究航天器最优脉冲变轨策略.根据脉冲变轨优化的结果,采用迭代制导算法研究脉冲变轨工程化问题.仿真结果验证了迭代制导算法在航天器轨道交会中的有效性.     

相邻两航天器相对运动近似方程的解析解及比动能方程

给出了地心引力场中受控航天器相对目标航天器运动的推力加速度随时间线性变化时Hill方程的解析解，根据Hill方程导出了受控航天器相对目标航天器运动的比动能方程，并讨论了比动能方程在上述两天器轨道相遇和轨道交会问题中的应用。     

低轨道航天器的表面充电模拟

为研究航天器表面材料在空间环境中的充电现象, 利用SPIS (Spacecraft Plasma Interaction System)模拟了航天器在低轨道等离子体环境中的表面充电情况, 通过对模拟结果进行分析并与实际观测进行比较, 可以看出模拟结果基本能够反映出不同性质材料之间的充电差别, 特别是导电材料与非导电材料之间的充电差别. 模拟得到的充电电位及充电时间与充电的一般理论计算结果符合较好, 且能够清晰反映出航天器运动中产生的冲击流及尾流的结构特征. 根据SPIS低轨道航天器表面充电模拟的特点, 认为SPIS的模拟结果是合理的.      

基于灰色模型的故障预测方法研究

随着人们对系统发生故障所带来财产损失、人员伤亡以及危害性的无法承受,故障预测与健康管理（PHM）技术应用越来越广泛。介绍了灰色模型,并利用某型号发控设备压控振荡器电路检测积分器输入信号检测的历史数据作为研究依据,验证了灰色模型在故障预测中的应用是可行的,准确度能够达到要求。     

全站仪船体分段测量的温度影响研究

根据在相同的环境温度下和不同环境温度下对船体轴系部位同一材料、相同结构的多个目标点进行反复测量,观察全站仪测量数据的变化,分析环境温度变化引起的误差情况,为船舶精度建造工艺研究提供可靠的数据支撑。     

基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点，而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件，但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数，以至严重影响了TDLAS技术的测量精度，限制了其应用范围。因此，通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系，推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式，利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响，建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO₂分子和H₂O分子在6982cm^-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究，仿真和实验结果表明，根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%，进一步提高了TDLAS技术的测量精度，拓宽了其应用范围。     

基于TDLAS的气体检测技术研究

TDLAS技术由于其非接触性、高灵敏度、在线响应速度快等优点,而成为当前气体浓度在线检测技术的重要发展方向之一。确定分子吸收线型函数是应用该技术的前提条件,但是目前尚没有有效的方法在线测量分子吸收线型函数,以至严重影响了TDLAS技术的测量精度,限制了其应用范围。因此,通过吸收光谱理论和波长调制理论研究TDLAS技术中谐波特征参数与分子吸收线型函数的关系,推导出蕴含分子吸收信息的谐波通项表达式,利用谐波信号间的关系特征来消除背景信号、激光强度、调制系数等因素的影响,建立了一种基于谐波信号的绝对吸收强度测量算法。以CO2分子和H2O分子在6982cm-1附近的谱线为例进行数值分析和实验研究,仿真和实验结果表明,根据算法测得的分子吸收光谐波信号谱与理论吸收光谱之间的相对误差不超过5%,进一步提高了TDLAS技术的测量精度,拓宽了其应用范围。     

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 在STEP应用过程中,由于现有应用协议的局限性,使得实现多个应用协议的操作变得困难,一致性得不到保证,也限制了对模型的扩展.本文结合AP214,讨论了一种基于应用协议的建模方法.通过结构化应用领域的产品信息,对产品信息进行分层,提出了产品信息的4层结构.通过建立产品在4层结构上的模型,实现产品信息逐渐细化的过程,最终得到适于计算机表达的产品信息模型.应用此建模方法,用户可以灵活方便地创建产品信息模型,实现对模型的扩展,保证语义一致性.     

星载圆柱阵电子消旋天线研究

对同步轨道自旋稳定卫星提出了一种 32列圆柱阵的电子消旋天线。该天线每列有 4个辐射单元 ,通过开关矩阵和数字可变功分器 ,对相邻五列阵顺序馈电形成覆球波束 ,在 0°～ 360°范围内周向扫描。利用星载地球敏感器输出脉冲作为角度参考 ,通过控制软件实现自主消旋 ,并获得了周向约 1 6°的波束跃度和电平起伏小于 1dB的平稳消旋结果     

GEM-TEPC调研分析及原理研究

为对现有组织等效正比计数器进行改进，使其满足高注量率辐射场测量要求，本实验室拟研制一套基于气体电子倍增技术的宽量程TEPC。对GEM-TEPC工作原理进行研究，并对其国际发展现状进行调研，在传统的TEPC灵敏体积内引入GEM膜取代阳极丝是切实可行的，可降低微型TEPC探测器的加工难度，提高其性能。通过调研总结GEM-TEPC设计关键技术，为本实验室GEM-TEPC的研制奠定了一定基础。     

GEM-TEPC调研分析及原理研究

为对现有组织等效正比计数器进行改进,使其满足高注量率辐射场测量要求,本实验室拟研制一套基于气体电子倍增技术的宽量程TEPC。对GEM-TEPC工作原理进行研究,并对其国际发展现状进行调研,在传统的TEPC灵敏体积内引入GEM膜取代阳极丝是切实可行的,可降低微型TEPC探测器的加工难度,提高其性能。通过调研总结GEM-TEPC设计关键技术,为本实验室GEM-TEPC的研制奠定了一定基础。