空间电推进应用及技术发展趋势

充分调研分析了国外空间电推进技术及典型应用情况,详细介绍了电推进在GEO卫星位置保持和轨道转移、深空探测主推进、中低轨道航天器无拖曳控制与高精度姿态控制、空间太阳能电站轨道维持等领域的空间应用情况。对电推进在国内不同领域的应用需求进行了分析,包括GEO卫星位置保持和全电推进、近地小行星探测等深空探测主推进、低轨航天器无拖曳控制和轨道维持、(超)低轨小卫星编队飞行及(微)小卫星精确轨道控制和空间太阳能电站轨道维持等任务。电推进技术正朝着高功率、大推力、低功率、微小推力、宽功率范围推力连续可调、高比冲、长寿命和多模式方向发展。针对电推进在不同应用领域的需求及电推进技术发展方向,提出了我国未来20年拟开展的电推进技术研究项目。     

同步带1-10cm级空间碎片可见光探测技术研究

针对目前天地基碎片探测装备无法对同步轨道带1 10cm级空间碎片进行探测的问题，文章在对同步轨道带碎片分布规律、碎片探测技术手段进行分析总结的基础上，分析探讨了高轨航天器搭载光电传感器实现同步轨道带1 10cm级碎片探测所具备的技术指标和功能特点，并对基于天基测角信息的空间碎片轨道确定算法及相关技术进行分析。基于本文所述的分析论证和技术方法，可以确定高轨航天器实现对同步轨道带1 10cm级碎片的探测识别和轨道确定的可行性及能力需求，为同步轨道带1 10cm级碎片的天基光学探测提供一定的技术支持，为同步轨道带碎片探测专用航天器的研制论证提供技术支撑。     

载人探测小行星的目标星选择

小行星探测具有目标多样化的特点,通过对小行星的相关物理特性进行分析和归类,以及国内外研究情况,从探测任务的安全性、技术可行性和探测价值3个方面,讨论提出了适于我国开展载人探测的选星方法和原则;按照技术可行性由易至难,将候选星分为3类,分别提出了相应的约束条件和优选条件,筛选出候选星;根据部分目标星轨道设计结果,结合未来运载器的发展规划,对这3类小行星的探测任务特点进行了分析,给出了针对性建议,结果可为我国制定载人小行星探测的战略规划提供参考。     

小行星探测最优两脉冲交会轨道设计与分析

小行星探测已经成为新世纪深空探测的一个新热点和未来世界航天发展的一个新方向。转移轨道的设计和探测目标可接近性的分析是小行星探测的关键技术之一。现利用了任意两个非共面非共轴椭圆轨道之间的最优两脉冲转移方法，对我国提出的探测Ivar小行星的交会转移轨道进行了设计与分析，给出了全局最优两脉冲交会轨道的设计参数，并利用此方法对近地小行星的可接近性进行了分析和排序，给出了可接近性较好的40颗近地小行星的转移轨道设计参数。这些研究结果对于近地小行星探测任务的目标选择和发射机会的预测都有重要的参考价值。     

失效航天器非接触式消旋技术发展综述

对失效航天器非接触式消旋领域内的研究成果进行了综述,梳理了非接触式消旋的特点,并聚焦于系统动力学模型、消旋方法和关键技术等方面。首次将非接触式消旋方法按照其作用机理分为电磁式消旋和冲击式消旋两类,并分别总结了其技术特点和适用的任务场景。而后针对消旋任务的实践需求,系统阐释了非接触消旋中制导与控制、高性能星载计算等关键技术。最后,面向复杂空间任务和智能化消旋操控的需求,提出了非接触式消技术中4个值得研究的问题和方向。有望为未来失效航天器在轨维护和非接触式消旋技术的发展提供借鉴和参考。     

载人小行星探测的任务特点与实施途径探讨

介绍了载人小行星探测的发展现状,对目前美国基于"猎户座"飞船的载人小行星探测的概要方案进行了描述,包括探测器系统组成、运载火箭和飞行方案等内容。从速度增量、目标星引力等方面,分析了载人小行星探测的任务特点,并与载人火星探测、载人月球探测以及无人小行星探测的任务特点进行了比较。给出了载人小行星探测的实施途径建议,包括目标星选择、载人飞船系统设计等。讨论了其所涉及的推进、星际飞行安全保障、小行星表面行走等关键技术。研究结果可为我国开展载人深空探测提供参考。     

星际小推力转移任务发射机会的快速搜索方法

结合小推力与借力飞行技术可为星际探测任务提供更多行之有效的转移方案。现针对此类探测任务的发射机会搜索问题,基于Shape-Based理论,提出了一种新的快速搜索算法。该算法通过引入目标星体的状态约束,建立起初始飞行角与转移时间之间单调映射关系,从而实现了可行性轨道的快速解算;然后,综合考虑任务及轨道动力学约束条件,给出了搜索参数的合理搜索域。与传统搜索算法相比,该算法有效降低了搜索维数,减少了搜索空间,提高了计算效率。最后,以近地小行星1627Ivar为例,搜索了其在2010～2016年采用火星借力进行探测的发射机会,验证了本文方法的有效性。     

同步双小行星系统共振轨道设计

研究了同步双小行星系统中共振轨道的设计方法及演化规律。首先，基于双椭球模型建立探测器运动方程，并给出共振轨道初值选取方法。然后，利用改进并行打靶法，提出一种双小行星系统平面共振轨道两步修正方法。同时结合稳定性理论及分岔理论，给出双小行星系统三维共振轨道生成和延拓方法；最后，以双小行星系统1999KW4为例，设计了共振比为1∶1,1∶2,1∶3,1∶4,2∶3的平面和空间共振轨道族，并分析了共振轨道的特性及轨道周期和轨道能量的变化规律。给出的双小行星系统中共振轨道的设计方法具有普适性，对未来双小行星系统探测任务中的轨道设计具有一定的参考意义与借鉴价值。     

国外探测器接近至着陆小天体的飞行策略研究

调研了3项国外典型的小天体着陆探测任务,包括近地小行星交会(探测)任务(NEAR)、罗塞塔号探测任务和隼鸟号探测任务,归纳总结了各任务中自接近至着陆小天体过程的设计特点,提出了小天体接近至着陆飞行策略:首先采用逐渐降低高度的接近轨道,开展引力场、外形参数初步测量;着陆前根据探测目标小天体质量大小设计特定的环绕或停泊轨道,在满足轨道稳定性、能源约束条件下,完成小天体的详细观测并选定着陆区,最终进入着陆初始轨道条件;着陆过程根据探测目标质量与体积、系统质量资源约束采用自由落体或自主轨道控制完成着陆。文章的研究结果可为后续我国小天体着陆探测任务提供借鉴。     

在轨模块更换任务动力学与控制仿真系统

航天器在轨模块更换任务的总体仿真是对总体方案进行系统性分析和论证的重要手段。文章基于天基平台在轨模块更换技术的研究,搭建了在轨模块更换仿真演示验证系统,介绍了仿真系统总体架构,建立了包括空间环境、轨道、动力学、控制、电源、测控等各分系统在内的仿真系统。重点对交会对接、在轨模块更换过程涉及的航天器平台及机械臂的动力学特性...     

航天器姿态机动规划技术研究进展

以航天器多约束姿态控制为背景,围绕姿态机动路径的复杂约束处理问题,对姿态机动规划技术的规划模型、方法研究现状与未来发展趋势进行了论述、分析与归纳。首先介绍了航天器姿态机动规划模型,随后梳理并总结了航天器姿态机动规划技术发展历程及现状,从方法逻辑、设计思想等方面对姿态机动规划方法进行分类和关键技术分析,进一步根据技术发展脉络和未来航天任务需求,提出了航天器姿态机动规划技术的若干发展趋势。     

国外中继卫星对航天器交会对接的测控通信支持

中继卫星系统的天基测控通信是近代航天技术的重大突破,它能够有效地满足航天器交会对接的测控通信需要。文章分析了美国＂跟踪与数据中继卫星系统＂（TDRSS）和欧洲＂阿特米斯＂（ARTEMIS）中继卫星对＂自动转移飞行器＂（ATV）与＂国际空间站＂（ISS）交会对接任务的测控通信支持,总结了国外中继卫星系统支持航天器交会对接...     

“伽利略”卫星在轨任务控制系统高级规范综述

重点描述了＂伽利略＂卫星在轨任务控制系统高级规范的相关内容,其中包括系统规范和子系统规范,如系统监测和控制子系统、遥测监测子系统、遥控指令子系统和数据归档子系统等;就如何借鉴＂伽利略＂卫星在轨任务控制系统高级规范,提出了一些开展我国星座卫星在轨任务控制系统设计的策略和方法,如设计方法、实现途径、自动化和安全策略等。     

“天宫一号”目标飞行器信息管理策略

“天宫一号”目标飞行器信息系统作为目标飞行器的重要功能系统,主要完成目标飞行器内部信息管理以及与地面和载人飞船的通信管理,确保目标飞行器的健康和稳定运行,支持目标飞行器各项任务的完成。文章对"天宫一号"目标飞行器信息系统的信息管理策略进行了概述,包括信息管理需求、设计原则、系统组成、主要技术特点以及可靠性安全性设计。“天宫一号”目标飞行器信息系统的信息管理策略经过首次无人和有人交会对接任务验证,满足任务要求,为后续空间站信息系统详细设计奠定了基础。     

影响设备安装精度的航天器结构因素及优化措施

航天器姿控及有效载荷设备总装时, 其安装精度是保证分系统正常工作、完成任务的关键技术指标之一。文章基于型号实践, 依据我国现有航天器的结构类型及设备安装特点, 论述了航天器结构本体在各种工作环境、各个阶段对航天器设备总装的精度影响要素;提出了分析、验证方法以及保证精度及可靠性的措施。可对未来的航天器型号的结构设计、总装设计、工艺及测量实施提供参考。     

Design and implementation of the GPS subsystem for the Radio Aurora eXplorer

This paper presents the design and implementation of the Global Positioning System (GPS) subsystem for the Radio Aurora eXplorer (RAX) CubeSat. The GPS subsystem provides accurate temporal and spatial information necessary to satisfy the science objectives of the RAX mission. There are many challenges in the successful design and implementation of a GPS subsystem for a CubeSat-based mission, including power, size, mass, and financial constraints. This paper presents an approach for selecting and testing the individual and integrated GPS subsystem components, including the receiver, antenna, low noise amplifier, and supporting circuitry. The procedures to numerically evaluate the GPS link budget and test the subsystem components at various stages of system integration are described. Performance results for simulated tests in the terrestrial and orbital environments are provided, including start-up times, carrier-to-noise ratios, and orbital position accuracy. Preliminary on-orbit GPS results from the RAX-1 and RAX-2 spacecraft are presented to validate the design process and pre-flight simulations. Overall, this paper provides a systematic approach to aid future satellite designers in implementing and verifying GPS subsystems for resource-constrained small satellites.     

航天器数字化模拟及应用技术

通过国内外航天器数字化模拟技术的现状调研,从仿真框架、建模表达、求解计算、交互与可视化以及大数据等几个方面,综述了航天器数字化模拟所涉及的关键技术,并深入分析了相关技术在系统设计、开发与验证、飞行演练、控制与决策支持、体系仿真与效能评估等领域的应用。在此基础上,面向未来日益复杂的航天任务需求,提出了发展通用化框架、高可信建模、标准化工具和智能化应用的建议,从而加速推进航天器研制数字化、智能化的发展进程。     

国际空间站舱内空气温湿度控制技术综述

与非载人航天器不同的是,载人航天器有环控生保系统,而舱内空气温湿度控制又是环控生保系统的一项重要内容。文章跟踪和介绍了国际空间站各舱内的温湿度控制方案,包括设计指标、硬件组成及所采用的技术;重点评述了国际空间站舱内温湿度控制系统的关键设备——冷凝干燥器组件及其降温除湿原理;最后结合NASA近年来研究的多孔渗水冷凝干燥器,指出未来冷凝干燥器的发展方向。     

模块航天器间激光无线能量传输系统方案设想

模块化航天器是未来航天器发展的重要方向,模块航天器之间的能量传输是实现模块化功能应用的关键技术。文章针对模块化航天器系统能量分配需求,对无线激光能量传输技术进行了研究。阐述了无线激光能量传输系统的功能组成,建立了系统框架模型,分析了系统的关键技术,并对系统各组成模块进行了初步设计。在此基础上对激光传能系统进行了试验验证,获得了理想的光电转换效率。文章的研究成果可为我国模块航天器的发展提供技术支持。