火箭最大气动载荷预报精度及建模订正分析

以qa_max实况值为基准，分析了火箭最大气动载荷预报值精度随预报天数的变化特征。发现在预报天数1～11天内，最大气动载荷预报值精度随预报天数延长而降低，其绝对差从225.78 Pa·rad(第1天)增长到533.87 Pa·rad(第11天)、相对误差由10.97%(第1天)增大到24.54%(第11天);利用多元线性回归方法建立最大气动载荷预报值订正模型，可提高各预报天数的最大气动载荷预报值精度，平均绝对差由402.45 Pa·rad减小到309.82 Pa·rad,平均相对误差由17.71%减小到14.60%,这些发现对于火箭发射前的安全飞行保障具有参考价值。     

大气空间和季节性气候特征对RLV升力式再入飞行的影响

为提升重复使用运载器（RLV）竞争力精细化设计边界,在融合3颗卫星载荷采集的大气数据基础上,采用大/小尺度扰动分别建模的方法,建立了沿RLV再入飞行轨道的全域参考大气模型,开展了大气密度空间性和季节性（1月、4月、7月和10月）气候变化对跟踪RLV高纬度升力式再入标准轨道的影响分析。结果显示季节性和轨道空间性变化带来的大气密度偏差特性和散布特性,会强烈影响跟踪标准轨道的终端分布特征。这表明引入大气参考模型可以提升RLV性能,降低运行成本。     

一种多级全固体运载火箭上升段自主制导方法

针对多子级全固体运载火箭在终端多约束下的耗尽关机制导问题，设计了一种基于“助推-滑行-助推”飞行模式的真空段自主制导方法。根据轨道动量矩守恒定律，推导出一种同时具有速度和位置矢量约束的定点制导算法(PA)。在PA理论基础上，建立了满足能量匹配的滑行轨道非线性方程组并降阶至一维迭代求解，解决了多级固定总冲约束的两点边值问题。蒙特卡洛仿真结果表明：该算法对固体运载火箭模型的参数偏差和不确定性具有强鲁棒性，并对多终端轨道任务(不同轨道高度和不同载荷质量)具有较强的自适应能力，因此该算法具有重要的理论意义和工程应用价值。     

基于Gauss伪谱法的临近空间飞行器上升段轨迹优化

综合考虑密度变化、声速变化、发动机推力变化及地球引力等因素对飞行轨迹的影响,研究了与实际飞行环境更加相符的临近空间飞行器燃料最优爬升轨迹。针对该问题在气动数据处理和优化求解上存在的困难,提出一种基于Gauss伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)的求解策略。首先,依据气动数据特点,设计拟合模型对气动参数进行高精度拟合;其次,为避免间接法和传统直接法的缺点,将Gauss伪谱法和序贯二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)相结合,对存在边值及加速度约束的轨迹优化问题进行求解,获得最优飞行轨迹。仿真结果表明,在更为真实的飞行环境下,利用GPM和SQP相结合的方法可在5.83s获得一条精度为10-4～10-6左右的飞行轨迹。     

一种小型固体运载火箭末级多约束制导方法

针对耗尽关机的固体运载火箭末级多约束制导问题，提出了在真空飞行段设计一种具有速度管控能力的多约束制导方法。同时针对速度管控引起的状态矢量耦合问题，基于定点制导算法推导出一种适用于耗尽关机制导的拓展理论算法，通过求解交变姿态速度管控方向实现对耦合项的抑制；并对大气层外“助推-滑行-助推”的任务模式，在此理论基础上推导出滑行点火时间、〖JP2〗需要速度矢量与终端轨道根数之间的理论关系，解决了固体运载火箭在固定弧长条件下的两点边值问题。蒙特卡洛仿真结果表明：该制导算法对不同载荷任务具有较强的适应能力，对模型的参数偏差及不确定性具有高制导精度和强鲁棒性，因此该算法具有一定的理论意义和工程应用价值。     

火星稀薄大气参数对进入器气动特性的影响

针对火星稀薄大气环境的不确定性对进入器气动特性的影响问题,先以海盗号火星进入器的飞行试验数据对发展的三维并行直接模拟蒙特卡罗(DSMC)仿真软件进行了算例校验,再以火星科学实验室外形为例,计算气体组分、密度、温度及速度等来流参数的不确定性对进入器气动特性的影响偏差,定性定量给出火星高空稀薄环境下大气不确定性所带来的气动力特性规律。研究结果表明,通过与海盗号飞行实验数据的对比校验了所建立方法的正确性与可靠性;CO2大气环境对进入器气动特性的影响较大,利用空气稀薄环境中的计算及实验结果亦需进行CO2效应修正,这一点与连续流区的结论一致;来流密度及速度的不确定性对气动力、力矩特性均有影响,而来流温度影响的最大偏差小于0.5%;纵向压心对来流密度、温度及速度的扰动均不敏感。     

面向火箭构型论证的运载能力快速分析方法

针对不同构型与任务条件下的运载能力快速计算问题，提出了基于高斯函数和组合神经网络的速度损失计算方法，并基于此对运载能力进行了快速分析。首先，基于状态量解析解计算分析，采用高斯函数对核心的重力速度损失项进行拟合计算；同时，为提高多构型与多任务样本的采样密度、简化数据建模过程并增强方法适应性，采用径向基网络(RBF)与深度神经网络(DNN)的组合形式进行状态量的提取与回归分析；然后将任务约束转化为需要速度增量，通过数值迭代得到运载能力。仿真结果表明，此运载能力分析方法精度偏差约为0.35%，计算耗时小于2 s，可为运载火箭总体参数快速论证与任务规划研究提供理论支撑。     

含铝锂合金丁羟推进剂的能量性能研究

依据最小自由能原理，采用固体推进剂能量特性计算程序计算了标准条件下含铝锂(Al-Li)合金丁羟(HTPB)推进剂的能量性能，研究了不同Li含量的Al-Li合金粉对HTPB推进剂比冲、密度、密度比冲及特征速度的影响；并采用爆热、爆热残渣粒度分布以及活性铝含量验证了Al-2.5Li(Li质量含量为2.5%)合金粉对HTPB推进剂能量特性的影响。理论计算结果表明，采用纯Li取代Al粉，HTPB推进剂的标准理论比冲最大可增加58.11 N·s/kg;当以Al-Li合金的形式取代Al粉时，不同Li含量的Al-Li合金对HTPB推进剂配方的能量性能参数影响不同，标准理论比冲以及特征速度呈现增加的趋势，密度以及密度比冲呈现降低的趋势；当以Al-20Li合金替代Al粉时，HTPB推进剂配方的标准理论比冲最大可提高39.10 N·s/kg。爆热试验结果表明，含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂的爆热略高于Al粉配方，燃烧残渣粒度d₄₃低于对照配方；含Al-2.5Li合金粉HTPB推进剂燃烧残渣活性铝含量低于对照配方。     

载人航天飞行历史回顾连载（四）

“阿波罗”计划1960年7月美国航空航天局为地球轨道和首次“阿波罗”飞船指挥舱从肯尼迪角入轨提出3人“阿波罗”飞船计划；飞船和火箭的同时研制正取得长足进展之际，1967年1月27日，在肯尼迪角做地面试验的一艘飞船上的线路产生的电弧引发了一场大火，100％的纯氧大气使得这场火灾成为灾难性的，导致在场参加试验的3名航天员格里索姆、怀特和查菲被烧死，“阿波罗”计划的首次载人飞行推迟18个月。1967年11月9日，“阿波罗”／土星-5组合(被命名为“阿波罗-4”)成功完成了首次无人试飞。1968年1月，“阿波罗-5”的无人试飞成功地测试了登月舱系统，包括上升和下降助推系统在地球轨道的点火；1968年4月，“阿波罗-15”的无人试飞(阿波罗／土星-5组合的第二次试飞)仅取得了部分成功，“Pogo”效应(纵向振动)影响了第一级。尽管如此，首次载人飞行(阿波罗-7)于1968年10月如期进行，而仅在9个月后，阿波罗-11成功地完成了辉煌的首次登月飞行。     

基于鲁棒估计的捕获段面目标图像处理

深空探测捕获段导航图像为含轮廓面目标图像，目标质心与光心并不重合，传统加权质心方法无法有效提取目标视线。文章通过最小平方中值法对提取的面目标导航图像真实边缘轮廓进行椭圆鲁棒拟合，该方法能够有效估计出目标中心视线，同时能够抑制由于目标表面坑洞等纹理特征引起的误差，对伪边缘、拍摄噪声均不敏感。最后，通过大量仿真与真实图像处理，对算法进行验证。结果表明，用文中方法估计的目标中心投影点坐标精度优于0.1个像素，视线误差优于1×10-4rad，方法具有极高的鲁棒性，对捕获段图像处理有一定的参考价值。     

环氧树脂648和TDE-85的质子辐照损伤效应研究

通过地面模拟空间环境质子辐照条件(质子能量Ep=150keV,束流密度A=2.0×1012cm-2·s-1,辐照剂量范围Φ=(0～5.0)×1016cm-2;真空度10-6Pa,环境温度120 K),研究了不同辐照剂量下环氧树脂浇注体648和TDE-85的质量损失、弯曲强度和表面相糙度的变化.试验结果表明,随着辐照剂量的增加,质量损失呈现先加速递增后趋于平缓的趋势;648的弯曲强度呈单边下降趋势,TDE-85的弯曲强度呈现先上升后下降的趋势,树脂表面产生了碳化效应,表面粗糙度发生了不同程度的变化.     

载人航天器太阳翼多姿态输出能力建模及分析

载人航天器太阳翼在轨运行期间除正常对日定向转动外，根据飞行任务要求可能需要工作在α轴水平归零或垂直归零等特殊状态。在特殊工作模式下，太阳入射角和太阳翼的输出能力变化曲线更加复杂。建立太阳入射角与轨道角、太阳高度角、β轴转角等变量的数学模型，分析太阳入射角的变化规律，并结合光照区时长，建立太阳翼在轨输出能力的预测模型。与实际飞行数据相比较，表明该模型可较为准确地评估特殊工作模式下太阳翼的输出能力，可用于在轨整舱能量平衡分析，为飞行任务计划安排提供参考。     

真空温变环境下大功率测试系统的功率标校研究

真空环境下的大功率试验验证对空间大功率微波器件的安全稳定运行至关重要。文章针对大功率试验中的功率标校问题，从真空罐外的常压链路和真空罐内的真空链路两部分，分别分析了大功率热效应和温度变化对功率检测标校值的影响，并以2GHz同轴系统为例进行了试验研究。研究表明：常压链路加载大功率信号30分钟内，其标校值偏差为0.12dB~0.15dB；在-40℃~ 110℃温度范围内，真空链路标校值偏差为0.13dB。这两部分偏差会导致微波器件的功率加载不充分。文章得出的结论将为真空温变环境下的大功率试验提供重要参考。     

简讯

沃尔沃公司将为NASA研发J-2X发动机喷嘴据报道,美普·惠-洛克达因公司选择沃尔沃航空公司参与J-2X发动机喷嘴的早期开发阶段。美宇航局(NASA)的新型战神载人运载火箭将使用J-2X发动机。J-2X发动机的基本概念包括一个与沃尔沃航空公司目前制造的Vulcain 2发动机类似的喷嘴,以及阿里安5 ECA火箭使用的Vulcain 2发动机。J-2X发动机由位于上方的再生冷却喷嘴和位于下方的薄膜冷却扩展两部分组成。其中:上面部分将采用多层结构设计;下面部分将采用涡轮机排气超声速薄膜注入冷却技术。这是世界上唯一经飞行验证的超声速薄膜冷却技术,Vul…     

固体火箭发动机绝热层粒子侵蚀特性数值模拟研究

针对固体火箭发动机高浓度颗粒流冲刷下的粒子侵蚀绝热层问题，运用Standard k-ε湍流模型和颗粒轨道模型对某型地面模拟过载试验发动机进行三维两相流数值模拟，分析两相流场特性，基于Oka粒子侵蚀模型计算某型EPDM绝热层的粒子侵蚀率，并与7次地面模拟过载试验发动机粒子侵蚀试验结果进行对比。数值结果表明，该粒子侵蚀模型可靠且精度有保证，能够正确预示绝热层粒子侵蚀特性；计算与试验所得的侵蚀率分布范围基本相同，计算所得最大侵蚀率偏大，最小相对误差4.69%,平均相对误差约13.89%;但侵蚀分布特征与试验结果不完全一致，分析认为粒径分布数据与真实值的偏差是侵蚀分布特征存在差异的主要原因。研究结果可用于工程中EPDM绝热层高浓度颗粒冲刷下的粒子侵蚀分析，能够为固体火箭发动机绝热层设计及热防护可靠性研究提供参考。     

卫星遥测数据短时CEEMDAN-PSO-ELM预测模型

针对卫星遥测数据变化类型众多而导致传统预测模型难以准确预测的问题，提出一种基于自适应噪声完整集成经验模态分解(CEEMDAN)-粒子群(PSO)-极限学习机(ELM)的组合预测模型。首先对遥测序列进行CEEMDAN分解，以降低序列的非线性;然后利用PSO对ELM预测模型的输入权值和隐含层偏差进行优化;最后利用PSO-ELM预测模型分别预测分解后的序列，依次相加得到最终预测结果。将其应用在某在轨卫星实测数据中，与传统的预测模型比较。结果表明:该方法在平均绝对误差、平均绝对百分误差、均方根误差、标准均方误差指标上均最小，在曲线拐点处与真实数据最为接近。证明该模型能实现准确预测的功能。     

大行星、月球和小天体环绕型探测器的轨道问题

针对环绕型探测器的轨道,以具有不同物理特征的大天体(金星、火星和月球等)为例,根据它们的质量大小(决定其引力作用范围的大小)、密度分布和形状特征(决定其非球形引力场的特征),具体阐述了它们各自环绕型探测器轨道的可能形式和不同的变化特征,另外介绍了小天体探测时的两种伴飞形式。关于环绕型探测器的轨道特征,如月球无大气,对其低轨探测器而言没有能量耗散影响,却同样有轨道寿命问题,而且由于其质量分布不均匀,这种现象还与轨道倾角有密切关系;而对火星的环绕型探测器而言,尽管有类似现象,但与轨道倾角的关系却大不相同。这些重要的轨道变化特征,可为深空探测中目标轨道的选择和设计提供依据。     

晨昏轨道卫星三结砷化镓太阳电池阵功率衰减估计

文章针对空间环境对于GaInP2/InGaAs/Ge太阳电池输出功率衰减影响，以运行轨道高度接近1000km的某晨昏轨道卫星为对象，在分析轨道半长轴与倾角摄动、光照角变化、降交点地方时漂移、日地距离波动等因素的基础上，首先讨论了电池工作温度和输出电流变化，建立太阳电池输出电流拟合模型；提出了发展拟合电流的归一化处理新方法，进行光照角、温度、地球反照归一化，重点减小太阳光源功率波动的影响；最后，利用实际在轨数据进行检验。结果表明，利用新方法得到的电流数据衰减特征明显，一致性较好；太阳电池功率衰减因子约为-1.02×10-5/d，年衰减率约为0.372%；在轨15.5年后，输出功率衰减预测约为6.6%；GaInP2/InGaAs/Ge太阳电池抗辐照性较好，适宜于近地空间长寿命应用场合。该方法可应用于在轨卫星长期测控与管理中的遥测诊断、能源估计与预测、器件健康状态评估等方面。     

风标式攻角传感器在超声速飞行运载火箭中的应用研究

以运载火箭上的风标式攻角传感器为研究对象,首先运用风洞试验研究其在超声速气流中的静态以及跟随特性。针对箭体常采用的规则旋成体,运用数值仿真分析当地攻角与来流攻角的关系。发现同一位置不同高度(距箭体壁面)当地攻角的变化较小,而同一截面不同周向位置上的影响则较大。在攻角平面内当地攻角不反映来流攻角信息;在垂直于攻角的平面内,受绕流的影响,当地攻角大于来流攻角;在两平面夹角的中心位置,当地攻角大致与来流攻角相当。运用数学分析解算出探测攻角与当地攻角、侧滑角的变换关系,最终获得攻角传感器的探测特性。基于火箭绕流流场的特征以及传感器的探测特性,建议工程应用时在4个象限的中心线上分别布置一个攻角传感器以获得飞行攻角和侧滑角。     

基于FY-3C/VIRR海温资料的超强厄尔尼诺演变过程诊断分析

为了定量评估FY-3C卫星可见光红外扫描辐射计的海表面温度(SST)产品数据在厄尔尼诺事件分析中的可用性,利用FY-3C SST产品数据对2014/2016年超强厄尔尼诺形成、发展的时空演变过程进行诊断分析,并与气候态分析中常用的美国气象环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)联合制作的最优插值海表温度(OISST)资料进行对比评估。研究认为:FY-3C/VIRR月均海温数据能够刻画出厄尔尼诺期间海表面温度异常升高的基本时空分布特征;FY-3C/VIRR SST与OISST资料相比,海温距平场振幅变化范围较小,FY-3C/VIRR SST全样本资料在进行重采样及异常值剔除处理后的气候特征分析效果更好,在具体应用海温产品时可根据应用目标选取高产品等级像元参与运算;中高纬度与赤道低纬度的海温距平存在区域偏差现象,具体表现为FY-3C SST中高纬度海温暖异常值相比OISST偏高,赤道中东太平洋海温暖异常值相对OISST偏低,全局回归系数的代表性是造成这种区域偏差现象出现的主要原因,为FY-3C SST海温资料在气候态分析中的应用提供了借鉴,并为海温资料的进一步完善提供了改进建议。