国外在轨制造和装配技术发展现状及启示

在轨制造和装配技术是一项改变航天器研制模式的颠覆性技术.为全面了解国外关于在轨制造和装配技术的发展现状以及研制过程中所面临的挑战等,本文重点调研了欧美航天强国关于在轨制造和装配领域的发展情况,通过对国外目前在轨制造和装配领域科研项目的梳理为突破口,按照应用前景和技术特点将其分为三类:在轨制造、在轨装配和在轨构建;然后,从在轨制造所采用的材料和技术途径等方面,分析了在轨制造的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨装配的对象、方式以及部件连接型式等方面,分析了在轨装配的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨构建领域重要的技术联盟分析出发,梳理了各技术联盟重点研究方向、目前技术水平和下一步研究计划等;最后,对国外在轨制造和装配进行了总结,提出了一些发展启示,对我国关于在轨制造和装配领域十四五领域发展规划制定、下一步重点支持方向确定、项目支持方式选择等具有一定的指导意义,可供开展产学研结合的技术联盟成立所借鉴.     

多任务在轨服务模块化智能航天器技术研究

首先介绍了在轨服务技术的分类及国内外近期研究进展,结合各国已开展项目的验证情况,分析了在轨服务模式、适应多任务在轨服务航天器的发展思路。为适应卫星发射和在轨服务的任务需要,提出了多任务服务航天器的方案设想,以期降低在轨服务操作的难度,提升在轨服务系统执行多任务的能力。最后初步分析了用于演示验证任务的服务航天器总体参数及任务规划。     

在轨流体管理技术进展和关键技术分析

综述了国外在轨流体管理技术的发展现状与趋势，分析了低温流体长期在轨贮存、在轨加注、空间流体生产等主要技术，并提出了在轨流体管理中需突破的关键技术难题。     

多航天器在轨管理模式建立与实践

针对航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足,以及服务质量和管理效率不能满足用户需求等瓶颈问题,提出了以提炼管理要素为手段、全流程精细化管理为核心的多航天器在轨管理模式,并提出了智能化、多元化、集约化等支持与保障方式。实践结果表明:多航天器在轨管理模式有效提升了在轨管理效能,确保了170余个航天器的在轨稳定运行,提升了航天器运行管理能力及用户满意度。     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境，将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统，采用自然坐标法对刚性构件建模，基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构，编写了一套动力学仿真软件，实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明，采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性；在结构组装过程中，减小组装速度，增大组装机构阻尼系数与劲度系数，有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法，为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。     

航天器在轨运行状态管控模式建立与实践

针对航天器在轨运行状态变化多、管控难的问题,提出航天器在轨运行状态管控模式,建立在轨运行状态基线,采取"分阶段建基线、过程中管基线"的策略,明确在轨运行状态的管控范围、基线建立阶段和时机、更改控制程序。在轨管理实践表明:该模式的建立对于快速掌握航天器当前在轨运行状态、控制在轨运行状态更改操作风险发挥了重要作用,能保障航天器的在轨安全运行,为用户提供稳定的服务。     

空间在轨服务物理仿真系统有效性研究

研究典型在轨服务机器人气浮式物理仿真系统的有效性问题。针对在轨逼近和操作（抓取、移动和释放）这两种关键工作模式,从动力学原理和干扰下响应的一致性两个方面,系统分析了仿真数据的有效性。基于对误差模型的分析,研究仿真系统中干扰因素对仿真数据有效性的影响,给出物理仿真系统的可应用条件。将该结果应用到具体物理仿真系统中,可以对物理仿真试验起指导作用。     

在轨服务系统评估方案研究

在轨服务系统是复杂的空间应用系统,直观、有效的评估方法将对该系统总体研究工作以及今后的任务实施起到重要的指导作用.为对在轨服务系统完成任务的能力做出科学合理的评估,在把握相关领域技术发展的前提下,建立了在轨服务系统综合效能评估指标体系.运用层次分析法和灵敏度分析的思路.研究了在轨服务系统效能评估方法,为在轨服务系统的建设提供理论参考.     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务，针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题，提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先，推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式，通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后，将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计，得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力，形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比，所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%，更适用于在轨靠泊加注任务。