上面级发射MEO轨道设计及运载能力优化研究

针对导航卫星中轨道（MEO）轨道提出一种上面级发射MEO轨道直接入轨设计方案，建立轨道动力学方程和轨道迭代计算模型。为优化轨道设计,将更多有效载荷送入轨道，从分析影响轨道运载能力的因素出发，应用成熟优化算法——自适应遗传算法，建立上面级发射MEO轨道优化模型，采用数值仿真方法验证设计结果和优化方法的有效性。结果表明发射轨道优化设计对运载能力有一定的提升效果，实现了最优化设计。     

基于固体运载器飞试数据的风场辨识方法研究

通过飞行测量数据辨识飞行器主动段飞行过程中真实风场环境是运载飞行器分析与设计中一项必要而具有难度的工作。本文基于固体运载飞行器主发动机工作段各项可测量飞行试验数据,给出了测量数据处理和风场辨识方法,并通过某固体运载飞行器的测量数据应用并验证了本文方法的有效性。     

基于网格自适应的飞行器防热材料热传导系数辨识

为准确辨识高超声速飞行器防热材料热传导系数，构造了针对热传导偏微分方程系统的约束泛函极值问题，基于表征多项式逼近性能的Weierstrass定理，采用Lagrange多项式对热传导系数进行参数化建模，进而将无穷维的约束泛函极值问题转化为有限维的非线性规划问题，再利用基于动态优化方程的优化方法将此非线性规划问题转化为常微分方程初值问题进行求解。为从较有限的测量数据中准确地“学习”热传导系数，建立采用“过拟合”判别准则的网格自适应迭代算法改善辨识精度。研究表明本文采用的辨识策略与优化方法有效，辨识结果可以较准确地反映材料热传导系数的变化规律。     

组合动力运载器发展与展望

随着航天运输频次的大幅提升,航天发射需求对航天运输系统的要求越来越高.本文从重复使用航天运输系统出发,着重阐述了以组合发动机为动力的重复使用运载器的发展起源,对组合动力运载器领域的国际发展格局与研究现状进行了分析,并且从技术角度出发,结合空天飞行任务需求和组合动力工作特性,分析了组合动力运载器发展所面临的技术挑战.文章...     

姿控载荷多约束下的内外弹道联合优化

为提升固体运载器整体性能,提出一种姿控载荷多约束的内外弹道联合优化建模方法。首先,建立固体运载器内弹道计算模型和外弹道计算模型,给出大风区和级间分离的姿态控制模型以及杆状减阻装置载荷计算模型。其次,以灵敏度分析方法选择出内外弹道设计参数作为优化设计变量,将姿控摆角需求、减阻杆承载能力作为约束条件,建立以射程最优为目标的优化模型。最后,将该方法应用在某三级固体运载器的优化设计中,以差分进化算法开展仿真校验,射程提高了10.8%,并且优化结果满足姿控和载荷约束。     

组合动力运载器上升段轨迹智能优化方法

针对组合动力水平起飞可重复使用运载器，开展了上升段轨迹优化模型设计与轨迹优化方法研究。首先，针对跨大空/速域飞行须采用多种动力形式协调工作这一问题，考虑动力/气动/轨迹/指标间的复杂耦合关系，建立了运载器动力和气动模型。其次，为降低轨迹优化问题的求解难度，设计了一种全新的飞行剖面，实现了关键优化参数的提取和攻角约束的自动满足，减少了优化算法需要处理的约束数量。然后，提出了一种改进的粒子群优化(PSO)算法完成求解；在收敛性分析的基础上，引入强化学习机制对PSO寻优过程进行自主智能控制，从本质上提升了PSO算法的求解效率。最后通过数学仿真验证了方法的正确性和有效性。     

可重复使用运载器的耐坠毁缓冲装置的设计优化

针对采用四腿式着陆支架的可重复使用运载器，提出一种油气-蜂窝两级缓冲的新型耐坠毁缓冲装置，常规油气缓冲器实现重复使用，危险工况下蜂窝缓冲器实现耐坠毁功能。建立了运载器着陆动力学模型，给出了运载器着陆的四种极限工况及铝蜂窝压溃载荷的求解方法，基于径向基(RBF)代理模型，采用多学科协同优化方法，对多工况下运载器两级缓冲装置设计参数进行了优化。结果表明，多学科协同优化方法有着较好的准确性，优化后运载器的最大过载和缓冲支柱载荷峰值均得到降低。最后，对比了单独油气缓冲器与两级耐坠毁缓冲装置下运载器的着陆响应，结果表明，使用两级耐坠毁缓冲装置在降低运载器最大着陆过载和缓冲支柱载荷峰值上有着较为明显的优势。     

微小卫星三机异构一体化计算机设计

当前微小卫星的星载计算机与运载计算机多分别采用不同结构的计算机系统设计,导致资源浪费和运载计算机的可靠性较弱。文章提出了一种微小卫星一体化计算机的设计,即采用三机异构备份的设计方案。在发射运载阶段,以数字信号处理器（DSP）为核心的运载计算机作为主机,以高性能FPGA为核心的时变计算机作为备机;在在轨运行阶段,以ERC32处理器为核心的卫星平台计算机作为主机,时变计算机经重构后作为备机。此设计不仅提高了运载计算机的可靠性,而且对卫星平台电子系统在能源、热控、遥测遥控、有效载荷、姿态轨道控制等方面的综合管理能力也有全面提升,并且还具有灵活的扩展性和较强的适应性。     

垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析

重复使用运载技术是降低单次发射成本、提高发射密度和减少残骸危害的有效手段,随着以Falcon 9系列为代表的垂直起降运载器的成功回收与重复使用,其在商业航天发射市场表现出了较强的竞争力,掀起了可重复使用运载器的研究新热潮。首先梳理了垂直起降可重复使用运载器的发展现状,然后结合垂直起降运载的任务特征分析了其关键技术,最后总结了垂直起降运载器的发展趋势。     

固体火箭飞行静载荷计算的偏差使用方法优化

新型固体火箭对提升运载效率的需求日益强烈,由此发展出一些以提升载荷设计精度为目标的载荷优化方法,可有效实现结构的减载减质。现有优化方法仅考虑单项偏差,未考虑各项偏差间的匹配性和传递过程的合理性,很大程度上限制了载荷设计精度的进一步提升。梳理和分析了载荷计算过程涉及的多项参数偏差,提炼出原始偏差和过程偏差的概念,指出了传统方法在偏差使用及传递过程中的不合理。在此基础上,充分结合新型固体火箭的研制特点,改进了偏差的使用方法,降低了过程偏差对载荷计算精度的影响。结果表明该方法可有效提高载荷设计精度、准确性和效率。     

亚轨道重复使用运载器总体多学科优化方法

针对亚轨道运载器总体设计多学科耦合的特点,从任务规划、学科建模、集成和求解策略等方面对多学科优化方法进行了研究。以助推亚轨道飞行器为对象,确定了学科模块组成、功能和数据耦合关系。建立了与总体设计过程相适应的7个学科模型,包括几何主模型、气动、推进、弹道、气动热、传热/热防护系统、结构。结合飞行器任务要求和基准方案,从系统级定义了多学科优化问题,包括目标函数、约束条件和设计变量。基于多学科软件框架集成学科模型,采用多学科可行法作为求解框架,建立了亚轨道飞行器多学科优化系统,选择SQP算法完成了以起飞总重为目标的优化。结果显示,优化后,发动机结构、热防护系统有所增加,但结构质量和燃油消耗减小,综合作用使总重减小2.4%,体现了多学科优化的协同作用。     

基于地形匹配的高超声速飞行器初始定向偏差在线辨识方法

针对高超声速飞行器机动发射条件下自瞄准时间短、初始定向偏差大的问题，提出一种基于地形匹配的初始定向偏差在线辨识方法。以综合初始对准和姿态控制的惯性系统导航误差模型为分析基础，融合相邻两个地形匹配区两次地形匹配定位结果，建立了初始定向偏差在线辨识模型，并从惯性系统工具误差系数偏差和地形匹配定位误差两方面讨论了辨识模型的适应性。以美国高超声速飞行器CAV H为研究对象建立仿真环境，采用蒙特卡洛法检验初始定向偏差辨识效果。仿真结果表明，在地形匹配定位误差为173.88 m (3σ)情况下，初始定向剩余偏差平均值为8.42″，最大值为34.65″，能够有效提高惯性系统导航精度，并且有助于缩短发射准备时间、提高武器系统生存能力。     

适应于RBCC运载器的轨迹优化建模研究

根据RBCC动力系统工作原理,分析了RBCC运载器上升段轨迹特点和设计矛盾。针对此类飞行器工作模态多、冲压模态约束条件复杂、传统优化模型无法求解其全局最优解的问题,以Radau伪谱法为基础,建立了基于混合积分变量的全程最优轨迹求解模型,并引入连接条件模型。该模型可以有效处理RBCC运载器多段飞行轨迹约束条件,克服了传统建模方法的不足。采用50km、Ma8运载任务算例校验优化模型,优化结果显示,所研究模型符合RBCC运载器工作特点和任务需要,可快速求解此类运载器上升段最优轨迹。     

基于MSPCA的液体火箭发动机试车台氢供应系统传感器故障诊断方法

研究了多尺度主元分析方法在传感器故障诊断中的应用问题。利用小波变换得到传感器信号在各个尺度上的系数，然后根据尺度系数矩阵建立主元分析模型进行传感器故障诊断。设计了固定窗长的移动窗口，对窗内数据进行小波变换后，用最后一个尺度系数计算平方预报误差进行故障检测，采用传感器有效指标这种具有定量辨识标准的参数对故障传感器进行辨识。最后，以液体火箭发动机试车台氢供应系统几个关键传感器的故障诊断为例验证了这种方法实用性和有效性。     

航天运载器力学环境工程技术发展回顾及展望

近50年来,航天科技工作者对运载器发射飞行过程中的力学环境的认识逐步深入,带动了相关基础理论、预示方法、分析工具、试验技术和试验设备的不断发展。随着航天技术的快速发展,对运载器等的设计要求越来越高,火箭经受的力学环境也越来越恶劣,火箭力学环境预示与试验技术研究的迫切性日益突出。文章综合分析了力学环境预示与试验技术领域的研究发展状况,重点总结了北京强度环境研究所50年来为解决航天工程中的诸多力学环境问题所做的具体工作。最后,结合新时期航天项目的工程需求,提出了今后在航天运载器力学环境预示与试验技术研究领域的主要研究方向。     

RBCC可重复使用运载器上升段轨迹优化设计

针对火箭基组合动力(RBCC)可重复使用运载器(RLV)轨迹多段、多控制变量、推力与飞行轨迹耦合,飞行轨迹设计困难的问题,提出了基于高斯伪光谱方法的数值优化求解模型和求解方法,并获得满足要求的上升段燃料最省轨迹。将该轨迹分为3部分,分别由引射火箭、亚燃冲压和超燃冲压发动机提供动力,以攻角和燃料秒流量为控制变量,根据轨迹任务和各模态发动机启动及工作条件建立优化模型、设定各段末端和路径约束,利用高斯伪谱法求解最优轨迹并利用特殊方法计算边界控制变量。通过与传统方法所得轨迹的对比表明,所建立的优化模型和方法可快速求解出RBCC运载器上升段最优轨迹,优化结果符合RBCC运载器工作特点。     

组合动力运载器结构与热防护系统概述

随着航空航天技术的不断发展,两者之间的界限更加模糊,空天结合技术成为当今世界的研究热点.组合动力运载器是结合了航空与航天技术特点的飞行器,具有水平起降、可重复使用功能,能够在稠密大气层、临近空间、轨道空间自由往返飞行.组合动力运载器一般以组合动力发动机为动力源,主要分为单级入轨飞行器与两级入轨飞行器,具备廉价、安全、便...     

利用热源温度场迭加法诊断持续点热源的强度及位置

可重复使用运载器的防热瓦故障会使航天器的局部结构产牛热源，并在结构中形成温度场。应用热源温度场迭加法的解函数，解得结构温度历程，然后据此温度的变化率趋势判断出热源位置，在此基础上依据多点测最值构造出辨识参数用于热强度识别，通过对一薄壁结构模型算例的计算仿真，证明了本文所提方法的有效性。论文工作为进一步开展热源诊断技术研究，提供了可资工程实践应用的数值算法体系以及有益的数值计算结论。     

卫星星座组网过程的策略规划

卫星星座组网过程包括两方面研究内容：星座部署顺序和运载器选择。阐述了星座部署优化设计的思路,优化目的是使每次发射后星座性能得到最大限度的提升,比较了分别采用启发式进化优化算法和穷举法进行星座部署的区别,指出了对于常见的星座构型,用穷举法进行部署优化的效率较高。讨论了运载器优选的目标函数和约束条件,建立了优选的数学模型。运载器优选本质上是整数规划问题,本文介绍了求解整数规划问题的分支定界法。提出了我国部署中高度圆轨全球导航星座的算例,给出了该星座部署顺序设计和运载器优选的计算结果,结果表明本文提出的方法适用于卫星星座组网过程的策略规划。
     

残骸落区对火箭构型影响论证

残骸落区的选择是在运载火箭构型设计时必须首要考虑的设计因素,其设计结果直接关系到落区内人民生命财产安全,因此残骸落区必须避开人口稠密、重要设施区域。然而运载火箭残骸的被动段轨迹与上升段轨道设计直接相关,过近或过远的落区都将影响火箭上升段轨道的设计结果,进而影响运载火箭的运载能力。本文以典型二级火箭论证为例,开展了基于落区约束火箭构型的总体方案优化,运载能力变化充分说明残骸落区对火箭构型论证的影响,为后续构型论证工作的高效开展夯实了基础。