巡天任务复杂工况下超静平台作动器疲劳寿命评估

为研究超静平台作动器的疲劳寿命特性，以其在轨执行巡天任务时的复杂工况分析为出发点，开展了典型工况下的超静平台物理试验，获取作动器实测载荷数据；采用有限元仿真模型进行疲劳损伤系数计算，根据“累积损伤-临界损伤”干涉模型进行累积损伤建模，推导了基于损伤系数外推的作动器概率疲劳寿命解析模型；利用最大损伤系数对应工况进行试验载荷谱设计，开展作动器疲劳寿命试验获取疲劳寿命分布，结合模型计算给出超静平台上不同损伤系数对应作动器的疲劳寿命评估结果。结果表明，运用建立的方法及模型，能够结合超静平台巡天任务工况，利用基于载荷谱编制的疲劳寿命试验结果，计算出平台上各作动器可靠度随在轨时间变化规律及概率疲劳寿命，可为超静平台作动器等一类在轨工况及载荷谱复杂、多样的空间运动机构提供一种真实有效的寿命评估技术途径。     

Stewart平台动力学建模及鲁棒主动隔振控制

未来复杂航天器低频模态密集,其敏感载荷要求很高的指向精度和稳定度,只对航天器本体姿态控制很难满足要求.本文采用Stewart超静平台对敏感载荷进行6自由度主动隔振,建立了非线性动力学模型,并根据线性模型设计了多变量鲁棒控制器,采用DK迭代算法求解.频域分析可得Stewart平台对3～800Hz的扰动主动隔振大于25dB,仿真证明Stewart平台对10Hz谐波扰动隔振性能优于40dB,对白噪声随机扰动隔振性能优于30dB,有效抑制了微小扰动,起到了6自由度超静隔振平台作用.     

一种超静平台主动指向容错控制方法

针对超静平台主动指向控制中的作动器故障问题,提出一种超静平台主动指向容错控制方法。首先,基于超静平台的一般动力学模型,推导用于指向控制的解耦模型和标准解耦矩阵,将超静平台由高度耦合的复杂多输入多输出系统变为多个相对简单的单输入单输出系统,有利于控制器的设计和容错控制方法的引入;在此基础上,针对作动器的故障问题,提出指向控制重构策略,并建立新解耦矩阵;进一步,提出基于解耦矩阵条件数最小的冗余自由度选择方法;最后,进行了数值仿真分析。仿真结果表明：基于冗余自由度最优选择的主动指向容错控制方法能够最大限度地减少作动器故障对超静平台主动指向控制效果的影响。     

面向结构动静态变形控制的作动器综合优化配置研究

针对航天器柔性结构动态和静态变形控制的作动器布局关键问题,提出了一种综合优化配置方法.首先,基于有限元分析方法建立结构和压电作动器的模型.然后,基于可控Gramian矩阵提出了一种新的动态变形控制准则,并以形面均方根误差(RMSE)作为静态变形控制的优化准则.改进NSGA-II遗传算法的交叉和变异算子,以动/静态变形控制准则为目标,获得作动器综合优化配置Pareto最优解集.最后,提出归一化加权方法进行最优解集的综合筛选.最后,文章以一大型抛物柱面天线的支撑桁架为例,通过仿真验证了综合优化配置方法的优越性,其优化配置结果兼顾了动态变形控制和静态变形控制的性能.     

软件定义航天器系统架构设计

软件定义技术的高速发展有望引发航天产业新一轮的技术革新。文章分析了未来航天器发展的总体趋势和软件定义航天器的发展现状;针对未来航天器灵活、自主和快速的发展需求,提出了一种软件定义航天器系统架构,其具有设计分层化、接口规范化、硬件通用化、功能软件化和资源虚拟化等技术特征。相比以往的航天器系统架构,它将软件定义扩展至整个航天器,并充分考虑了航天器的固有特征。文章分析了该架构对未来航天器发展需求的满足情况,梳理了开放架构与规范、器载操作系统、器载超算平台和安全机制4项关键技术,并提出进一步细化系统架构、形成标准规范的发展建议。     

压电主动杆Maxwell动力学建模与鲁棒H∞控制研究(英文)

未来高性能航天器迫切需要基于压电作动的主动减振控制。针对压电作动器和检波器组成的主动杆系统,基于控制目的,推导了作动器Maxwell动力学模型,为了更好的反映检波器噪声和低频较差性能带来的影响,采用同价的SUITE动杆的系统辨识模型设计了H∞控制器,仿真结果表明H∞控制器对100Hz的正弦扰动有效隔离73% (11.4dB),对频带250Hz的白噪声有效隔离70%     

天基精密跟瞄Stewart平台及其关键技术

天基精密跟瞄Stewart平台对星栽精密光学设备的高品质应用有着重要意义.本文在对国内外天基精密跟瞄Stewart平台分类的基础上,对其应用背景、性能特点及发展状况进行了研究.此外还归纳并总结了包括作动器技术、传感器技术、构型设计技术、控制技术及在轨降级使用技术在内的天基精密跟瞄Stewart平台一系列关键技术.最后,针对未来高性能星载光学传感器技术发展与应用的需求,探讨了我国在天基精密跟瞄Stewart平台领域可进一步开展的研究内容.     

航天器分布式系统仿真验证平台设计与实现

文章分析了航天器分布式系统仿真平台的特点和需求,根据分布式集成仿真平台多操作系统、混合架构、分布式结构、模型管理、试验设计、仿真运行、数据管理的技术特点和功能需求,对相应关键技术进行了攻关,制定了实施方案,在此基础上完成了相关设计和实现。平台能够适应全数学与半物理2种仿真工况,满足航天器系统方案设计全面仿真验证需求,并可方便接入商业或自研软件。最后通过仿真实例对平台的功能性能及通用性进行了验证。     

基于压电作动器的空间单轴主动隔振研究

对六自由度空间Stewart隔振平台中基于压电作动器的单轴主动隔振进行了研究。提出了三类标准以衡量隔振性能,其中:第Ⅰ类为载荷端与扰动端同量纲振动量比;第Ⅱ类为隔振后载荷端的受力与隔振前固连时载荷受力比;第Ⅲ类为隔振前后振动量的衰减状况。给出了压电作动器的基本方程,并根据实际进行了数值修正。建立了线性化的压电作动器单轴隔振系统,采用作动器的运动总与扰动端振动分量互补的主动隔振策略。讨论了速度反馈控制、力反馈控制与代数环引入,以及质量对隔振性能的影响。提出了隔振方向和隔振代价的概念。仿真结果表明速度反馈和力反馈均能获得较好的隔振效果。理论分析了隔振方向对隔振性能和隔振代价的影响。研究为空间Stewart隔振平台设计提供了理论支持。     

无扰载荷航天器相对运动动力学建模

为满足无扰载荷(DFP)航天器中非接触式作动器对有效载荷模块(PM)与支持模块(SM)之间相对运动的要求,本文建立了PM与SM之间的六自由度相对运动动力学模型。考虑立方构型DFP接口,分析了作用于PM与SM的力和力矩。考虑DFP航天器相对运动控制的特殊性,建立了SM相对PM的相对姿态动力学模型和PM相对SM的相对平动动力学模型,然后采用比例微分(PD)控制方法设计了DFP航天器的控制系统。数值仿真结果表明,定向状态或姿态机动过程PM与SM六自由度相对运动均满足非接触式作动器作用范围的要求,既可保证PM与SM无机械接触,又可实现对PM精确定向和姿态机动,说明六自由度相对运动动力学建模对研究DFP航天器具有重要意义。     

飞轮拟主动隔振方法

航天器上安装的精密有效载荷需要一个十分“安静”的工作环境,而作为一个主要的     

分布式航天器相对位置测量平台设计

分布式航天器间相对位置的实时高精度测量是分布式航天器实现空间队形保持的关键技术之一。为了对相对位置测量方法进行研究、分析和论证，建立了分布式航天器相对位置测量地面实验平台。介绍了分布式航天器相对位置测量和解算的基本原理；论述了仿真平台的组成和功能；基于仿真平台对相对位置测量精度进行了仿真试验，试验结果显示该平台具有良好的性能指标；最后介绍了相对位置解算仿真评估软件的设计方法。     

载人飞船有效载荷搭载技术及试验验证

载人飞船飞行任务中搭载的有效载荷设备质量、体积大并且安装要求苛刻,而返回舱内空间狭小且舱内环境复杂。针对这个问题,文章提出了通过改装返回舱座椅作为有效载荷搭载安放的方案。经过试验验证表明,该方案对飞船的影响很小,并且满足有效载荷设备搭载要求。     

Low cost planetary exploration: surrey lunar minisatellite and interplanetary platform missions

In order to meet the growing global requirement for affordable missions beyond Low Earth Orbit, two types of platform are under design at the Surrey Space Centre. The first platform is a derivative of Surrey's UoSAT-12 minisatellite, launched in April 1999 and operating successfully in-orbit. The minisatellite has been modified to accommodate a propulsion system capable of delivering up to 1700 m/s delta-V, enabling it to support a wide range of very low cost missions to LaGrange points, Near-Earth Objects, and the Moon. A mission to the Moon - dubbed “MoonShine” - is proposed as the first demonstration of the modified minisatellite beyond LEO. The second platform - Surrey's Interplanetary Platform - has been designed to support missions with delta-V requirements up to 3200 m/s, making it ideal for low cost missions to Mars and Venus, as well as Near Earth Objects (NEOs) and other interplanetary trajectories. Analysis has proved mission feasibility, identifying key challenges in both missions for developing cost-effective techniques for: spacecraft propulsion; navigation; autonomous operations; and a reliable safe mode strategy. To reduce mission risk, inherently failure resistant lunar and interplanetary trajectories are under study. In order to significantly reduce cost and increase reliability, both platforms can communicate with low-cost ground stations and exploit Surrey's experience in autonomous operations. The lunar minisatellite can provide up to 70 kg payload margin in lunar orbit for a total mission cost US$16–25 M. The interplanetary platform can deliver 20 kg of scientific payload to Mars or Venus orbit for a mission cost US$25–50 M. Together, the platforms will enable regular flight of payloads to the Moon and interplanetary space at unprecedented low cost. This paper outlines key systems engineering issues for the proposed Lunar Minisatellite and interplanetary Platform Missions, and describes the accommodation and performance offered to planetary payloads.     

航天器力学环境分析与条件设计研究进展

航天器力学环境条件是航天器及其部组件设计和地面试验验证的主要依据,直接影响着航天器的总体设计水平。随着我国航天事业的飞速发展,对航天器及其有效载荷的设计提出了越来越高的要求,而力学环境分析与条件设计技术已经成为制约我国航天器荷载比提高的瓶颈技术。本文重点针对航天器力学环境分析与条件设计技术所涉及的航天器力学环境预示理论方法,高精度有限元建模与模型修正技术以及航天器力学环境条件设计技术三个方面国内外研究进展进行了回顾,特别是对近五年来我国航天工业部门在航天器力学环境分析与条件设计领域取得的成就进行了综合评述。在此基础上,结合我国航天工程的实际需求,分析指出了今后在航天器力学环境分析与条件设计领域的主要研究方向。     

航天器姿态预设性能控制方法综述

针对存在不确定惯量矩阵及其它未知不确定性(如执行器故障、航天器结构发生突变等)下的航天器姿态控制问题，综述了预设性能控制及其应用的研究进展。首先阐释了预设性能控制方法的基本内涵及其关键步骤；然后分析总结了现有航天器姿态控制以及预设性能控制研究的基本概况与发展趋势；最后面向未来复杂化、智能化的空间任务对航天器控制系统提出的新需求，提出航天器预设性能控制值得研究的问题和方向。     

FY-4 Meteorological Satellite

FY-4 is the second generation of Chinese geostationary satellite for quantitative remote sensing meteorological application. The detection efficiency, spectral bands, spatial and time resolution have been greatly improved with respect to those of first generation, as well as the radiometric calibration and sensitivity. The combination of multichannel detection and vertical sounding was first realized on FY-4, because both the Advanced Geostationary Radiation Imager(AGRI) and Geostationary Interferometric Infrared Sounder(GIIRS) are on the same spacecraft. The main performance of the payloads including AGRI, GIIRS and Lightning Mapping Imager, and the spacecraft bus are presented, the performance being equivalent to the level of the third generation meteorological satellites in Europe and USA. The acquiring methods of remote sensing data including multichannel and high precision quantitative observing, imaging collection of the ground and cloud, vertical observation of atmospheric temperature and moisture, lightning imaging observation and space environment detection are shown. Several innovative technologies including high accuracy rotation angle detection and scanning control, high precision calibration, micro vibration suppression, unified reference of platform and payload and on-orbit measurement, real-time image navigation and registration on-orbit were applied in FY-4.     

柔性航天器高精度隔振与定向研究

随着大型航天器柔性越来越大,结构越加复杂,导致低频柔性模态密集,但同时需要极高的定向精度及姿态稳定度, 这就对航天器姿态控制系统提出了更高的要求。本文采用拉格朗日法建立了柔性航天器姿态轨道耦合动力学模型,并设计了大角度机动航天器的姿态控制器。Lyapunov定理给出闭环系统的稳定性,在0.03Nm均方根的白噪声扰动下,大角度机动姿态角误差小于0.02°,均方根误差0.003°, 为了抑制姿态抖振,设计了复合控制器,采用Stewart平台对敏感载荷局部高精度主动隔振和定向,局部控制后敏感载荷的定向误差小于0.0001°,均方根误差0.000036°。鲁棒 Η ∞ 控制器对Stewart平台主动镇定时,姿态抖振小于0.000002°,均方根误差小于 0.0000008° ,姿态稳定度优于0.00001°/s。     

航天器卷筒式伸杆机构的发展与展望

从概念、构成特点、应用范围与使用方式等方面阐述了卷筒式伸杆机构。从卷筒式伸杆机构成形原理探索、数值模拟、成形工艺、产品测试等方面综述了卷筒式伸杆机构的研究进展；介绍了卷筒式伸杆机构在航天器上的应用状况；指出了航天器卷筒式伸杆机构小型化、轻量化、大收纳比和高精度的发展趋势；提出了航天器卷筒式伸杆机构结构材料、成形工艺和性能评价方面亟需攻克的关键技术,旨在为航天器卷筒式伸杆机构创新发展提供参考。     

基于HLA的载人航天器飞行任务仿真平台研究与实现

面向载人航天器飞行任务仿真需求,根据载人航天器的特点以及高层体系结构(HLA)技术,提出了基于高层体系结构的载人航天器飞行任务仿真平台方案,设计实现了由运行管理、飞行指令、数据记录、数据可视化等功能,以及涵盖轨道、姿态、能源、动力学等多个专业仿真模型组成的仿真平台,给出了应用实例,并就仿真平台开发中的联邦开发过程、仿真模型接口软件、飞行场景三维可视化等关键部分进行了探讨。与单一的飞行任务仿真软件相比,该分布式仿真平台覆盖的专业面更全,验证内容更丰富,可扩展性更强。随着载人航天器系统飞行任务复杂程度的提高,通过对仿真平台的扩展和重用,可适应新的任务验证需求。该仿真平台可为复杂载人航天器的飞行任务设计验证提供依据,并对基于HLA的其他航天器仿真系统的联邦设计与开发具有一定的参考价值。