空间站机械臂人机系统设计与验证

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。     

空间站机械臂方案设计及验证

<正>空间站机械臂技术是航天领域一项技术耦合性强、系统集成度高、技术难度相当大的综合技术,是载人航天、深空探测、在轨服务等领域的一项重要关键技术。空间站机械臂是中国首个自主研制的面向宇航工程应用的大型空间机器人系统,在空间站系统中承担大型舱段转位与辅助对接,支持航天员出舱活动、舱外状态巡检、舱外设备安装及维修,以及载荷照料等重要任务。它涉及机械、电子、热学、动力学与控制、计算机、路径规划、感知与测量、自主智能、算法与软件,以及光学、材料、遥操作、人机交互、地面试验验证等多学科技术,系统复杂,新技术多,设计与验证难度大。     

空间机械臂手系统在轨精细维修操作的标定策略

分析空间机械臂手系统在轨精细维修操作的尺寸链误差,提出一种利用机械臂手眼相机标定维修操作对象修正离线路径规划的策略,解决了机械臂、维修对象在轨安装和天地重力差异带来的误差环节,设计并完成了地面试验。通过在轨实施验证了标定策略的正确性,圆满完成了我国空间机械臂首次在轨维修试验。     

天宫空间站在轨货物进出舱功能的设计与验证

为增强空间站对舱外载荷的支持能力，提升舱内外货物的进出效率，减少航天员出舱次数，降低航天员出舱风险，空间站梦天实验舱设计了货物自动进出舱功能。本文从货物进出舱功能方案出发，介绍了包括货物转运功能、外舱门功能、泄压、复压、气体复用功能在内的关键子功能的地面试验验证及在轨试验验证工作。地面及在轨试验验证结果对比表明:货物进出舱方案设计合理，地面验证结果和在轨数据一致性好，产品性能稳定，有效地提高了空间站货物进出舱效率。     

出舱活动飞船人机界面工效学设计及其研究进展

1965年3月18日前苏联航天员列昂诺夫完成上升2号飞船的首次出舱活动，并在太空停留了12分钟。同年6月，美国航天员怀特在双子星座4号飞船舱外停留了22分钟。航天员进行舱外活动不但证明了舱外航天服的保护下，人可以在太空中生存，同时也说明了可以在载人航天器舱外完成许多有益的工作，例如哈勃空间望远镜的修复、空间站的在轨组装与维修。因而，到2003年4月为止，世界各国共实现了257次出舱活动，     

面向空间机械臂操作的力反馈手柄设计

针对我国空间站建设中对空间机械臂操作控制的应用需求,文章对空间机械臂操控手柄的机构和控制方法进行了分析,设计了一种三自由度力反馈手柄。该手柄以球面并行机构为依托,通过对机构关键参数的分析完成手柄构型设计;通过对电机力矩的调节,将机械臂与环境交互的力/力矩信息再现并作用于航天员的手部。该手柄设计将力反馈技术引入到空间机械臂的操作中,增加了航天员通过力交互的方式感知机械臂状态。试验结果表明,力反馈手柄能较好地辅助航天员操控空间机械臂,提高了空间机械臂执行任务时的操作效率。     

什么是模拟失重水槽

航天员出舱活动是载人航天的重要技术组成部分,通过出舱活动,航天员可以进行航天器的在轨维修和故障排除、有效载荷的布放、回收和在轨维修以及大型航天器（如空间站）的在轨安装构建等任务。这些任务的完成需要航天员穿着舱外航天服在空间失重环境下进行。失重状态下人的运动和作业方式与在地球表面的重力状态下完全不同。为了完成这些出舱活动任务,航天员必须熟练掌握失重状态下运动和作业的规律和技巧,需要通过地面上模拟的失重环境对航天员进行大量的训练。     

载人航天器舱外在轨维修维护地面验证平台设计

掌握舱外维修维护的地面验证技术对长寿命载人航天器的研制和在轨运行十分重要,而建立一套舱外在轨维修维护地面验证平台是实现地面验证技术的基础。文章从航天器舱外维修维护地面验证平台的需求分析,任务和功能分配,系统组成,详细设计等几个方面系统阐述了平台的设计。集成测试结果表明,该平台满足航天器舱外维修验证需求,可以作为广泛使用的水槽和仿真手段的有效补充。     

美国舱外活动计划的过去、现在与未来

美国载人航天飞行计划期间，航天员实施舱外活动的能力被一再证实，舱外活动拓展了人在太空的活动能力，是一种极为重要且极具价值的资源。本文分为4部分进行回顾和总结：1）美国过去26年来舱外活动的成就；2）未来几年航天飞机飞行任务中安排的舱外活动；3）必须保证“自由”号空间站组装和操作任务完成所期望的舱外活动；4）舱外活动应对NASA空间探索倡议计划发挥积极作用。     

基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划

针对空间机械臂执行封闭在轨操作任务时,终止时刻机械臂关节角与基座位姿发生漂移的问题,提出一种基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划方法。结合在轨操作任务特点,分析了空间机械臂重复运动要求,将重复运动问题转化为关节构型、末端姿态与基座姿态复位优化问题并设计了空间机械臂重复运动优化算子;在此基础上,引入任务优先级概念,将重复运动优化算子引入主任务的零空间,保证主任务完成的同时机械臂重复运动得以优化;进而为增强重复运动优化能力,空间机械臂基座姿态保持算子也被引入。仿真结果表明,新算法能够减小关节角与基座位姿的漂移,实现空间机械臂重复运动规划,可以应用于实际的控制系统中。     

美国空间态势感知能力研究

增强空间态势感知能力是空间资源开发、空间安全、空间控制以及利用空间实施军事行动的关键。分析了美国天基空间目标监视的现状及动态,在此基础上讨论了空间目标探测领域所涉及到的各种关键技术及相应的需求方向,为发展天基空间目标监视系统提供了有益参考。     

国际空间法中的限制性义务及其他规则概要

国际空间法是指调整国家、国际组织之间开展外空探索、利用、开发活动中权利义务规则的总称。狭义的国际空间法仅指以联合国外空五大公约为核心的国际条约体系,对于缔约国是具有强制的法律约束力的;广义的国际空间法还包括联合国大会决议和联合国外空委大会文件在内的不具有法律约束力、但具有很强的政治约束力的外空国际活动规则。中国1983年加入《外空条约》,1988年加入《营救协定》、《责任公约》和《登记公约》,没有加入《月球协定》。文章分析前4个公约以及《遥感原则》、《防止在外空部署武器条约草案》、"外空透明与建立信任措施"联大决议、《外空活动长期可持续准则草案》等不具有法律约束力的文件,简要分析其对中国航天活动可能产生的限制和影响,并提出对策、建议。     

未来空间技术发展展望

经过近50年的发展,我国空间技术取得了举世瞩目的成就,在新的历史时期,世界航天将跨入一个新的发展高潮,我国经济社会的发展对航天事业提出了更高的要求。文章提出了我国未来航天器发展体系,介绍了未来5年我国空间技术发展的重点任务,分析了专业技术发展方向,提出了创新发展的对策建议。     

临近空间电子对抗研究

随着航空航天技术的迅猛发展,临近空间的地位日益突出,未来临近空间作为航空航天区域的补充,将发挥巨大的军事应用价值。介绍了临近空间的概念和特点,讨论了临近空间军事应用,指出了临近空间电子对抗的必然性。     

A new era? Military space policy enters the mainstream

A military dimension to the use of space has existed since the earliest days of space activity. Historically, military space policy has been somewhat peripheral, but the ever increasing use of space in support of military objectives has now driven it into the mainstream of military planning. This has resulted in new consideration being given, particularly in the USA, to the organisation of space for national security and also raised the question as to whether national security interests demand space superiority and dominance.     

美俄卫星太空碰撞事件及对航天活动的影响

文章介绍了最近发生的美俄卫星太空碰撞重大事件;深入剖析了导致碰撞的可能原因;详细评述了卫星碰撞事件对空间碎片环境的严重恶化和对人类航天活动的影响;分析了碰撞事件对空间碎片研究带来的新困难和新挑战。文章指出,从航天器安全角度来讲,减缓、控制乃至清除空间碎片是全人类共同的责任和唯一选择。     

微小碎片对航天器舷窗玻璃损伤状况的跟踪研究

空间微小碎片环境比较复杂,其来源包括人为产生的碎片及微流星体。空间微小碎片不仅速度较高,而且数量庞大。它们频繁撞击航天器外表面,包括舷窗部位,特别是对航天飞机舷窗已造成巨大危害,使长期服役的国际空间站舷窗玻璃存在安全隐患。文章简要介绍了空间微小碎片对航天飞机和空间站舷窗玻璃的损伤状况,以及NASA对此做出的改进措施,这些跟踪研究成果可为我国长寿命、高可靠航天器舷窗结构设计提供参考依据。     

Space commercialization: Lessons from history

Private enterprise seeks to undertake virtually any activity that is institutionally and technologically feasible and that promises a high return on investment. Commercial activities in space would seem to be no exception. Indeed, it is reasonable to expect that, at some future date, commercial activities in space will overshadow government-sponsored research and military activities combined. But this date remains well into the future, it is highly uncertain, and it depends on government policies. Two major factors inhibiting further space commercialization are the current lack of necessary infrastructure and the lack of viable commercial activities. The necessary infrastructure is developing with the increasing operational status of the Space Shuttle and plans for a space station. It remains, however, to place increasing emphasis on the conduct of research in space to identify valid commercial uses of space.     

国外空间环境试验与探测技术现状与发展趋势

文章分析了与航天器飞行有关的4类空间环境的特点;介绍了国外空间环境试验技术的现状与发展概况。文章还重点分析了未来空间环境探测的发展趋势:加强了对空间环境动态变化的探测;将星座探测摆在重要地位;以地球轨道卫星为发展的主流;利用卫星加大对空间环境探测的力度;加强国际合作。国外空间环境探测的经验表明,我国应重视发展地球轨道探测卫星,尽快提高卫星有效载荷的水平。     

中国航天发展历程与启示 ——2009年空间环境与材料科学论坛大会报告

文章指出我国在应用卫星与卫星应用、载人航天和深空探测三大航天领域取得了巨大成就,为中国的经济、社会发展做出了巨大贡献,也展示了中国的综合实力。经过几十年的发展,中国进入太空能力得到了很大的发展,但在太空利用能力和太空控制能力的建设上还有更大的发展空间。随着我国航天事业的发展,用户对航天器的高可靠、长寿命的要求迫切,作为航天器功能实现的技术基础,环境、材料等基础研究工作应该去适应这种发展需求,加快基础能力的建设与发展。