国外在轨制造和装配技术发展现状及启示

在轨制造和装配技术是一项改变航天器研制模式的颠覆性技术.为全面了解国外关于在轨制造和装配技术的发展现状以及研制过程中所面临的挑战等,本文重点调研了欧美航天强国关于在轨制造和装配领域的发展情况,通过对国外目前在轨制造和装配领域科研项目的梳理为突破口,按照应用前景和技术特点将其分为三类:在轨制造、在轨装配和在轨构建;然后,从在轨制造所采用的材料和技术途径等方面,分析了在轨制造的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨装配的对象、方式以及部件连接型式等方面,分析了在轨装配的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨构建领域重要的技术联盟分析出发,梳理了各技术联盟重点研究方向、目前技术水平和下一步研究计划等;最后,对国外在轨制造和装配进行了总结,提出了一些发展启示,对我国关于在轨制造和装配领域十四五领域发展规划制定、下一步重点支持方向确定、项目支持方式选择等具有一定的指导意义,可供开展产学研结合的技术联盟成立所借鉴.     

美国自由飞行太空机器人发展分析

近年,美国自由飞行太空机器人发展呈现出持续进步、领先其他国家初步实现工程应用的活跃发展态势.归纳总结了美国自由飞行太空机器人的主要发展现状、特点、发展方向和几点认识.主要结论包括:服务保障类率先实现工程应用,在轨制造与装配类即将在轨验证,全球首套共识性无人在轨操作标准制定完成;未来将向多机器人自主协同作业、操控非合作目标、多种操作功能一体化等方向发展.在上述研究基础上,从美国太空机器人的平战两用潜能、制定无人在轨操作标准的动机、军民协同的发展模式等方面提出几点认识.反映了美国自由飞行太空机器人的最新进展,且具有全面系统性,对于了解其发展情况、影响、发展经验等具有一定借鉴意义.     

美国在轨制造技术发展现状及启示

介绍了美国空间焊接、空间增材制造等技术的发展情况,总结了美国在相关领域的研究热点,包括新型的空间在轨焊接方法、下一代多功能3D打印系统、增材制造实现空间大型结构在轨制造技术等,论述了美国在轨制造技术发展对我国在轨制造技术研究的几点启示。研究结果可为我国在轨制造技术未来研发决策布局提供参考。     

空间光学望远镜在轨建造中的结构机构技术

围绕空间光学望远镜在轨建造中的结构机构技术进行分析,重点包括结构机构相关的关键技术基本概念和技术特点,分别对大型望远镜空间结构拓扑构型优化及模块技术、光机结构机构的高精度展开调整及锁合技术、典型光机元件的在轨增材制造技术、机器人辅助自主精密装配及控制技术进行了技术内涵及先进技术途径分析.最后展望了在轨建造中结构机构技术...     

多任务在轨服务模块化智能航天器技术研究

首先介绍了在轨服务技术的分类及国内外近期研究进展,结合各国已开展项目的验证情况,分析了在轨服务模式、适应多任务在轨服务航天器的发展思路。为适应卫星发射和在轨服务的任务需要,提出了多任务服务航天器的方案设想,以期降低在轨服务操作的难度,提升在轨服务系统执行多任务的能力。最后初步分析了用于演示验证任务的服务航天器总体参数及任务规划。     

在轨流体管理技术进展和关键技术分析

综述了国外在轨流体管理技术的发展现状与趋势，分析了低温流体长期在轨贮存、在轨加注、空间流体生产等主要技术，并提出了在轨流体管理中需突破的关键技术难题。     

多航天器在轨管理模式建立与实践

针对航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足,以及服务质量和管理效率不能满足用户需求等瓶颈问题,提出了以提炼管理要素为手段、全流程精细化管理为核心的多航天器在轨管理模式,并提出了智能化、多元化、集约化等支持与保障方式。实践结果表明:多航天器在轨管理模式有效提升了在轨管理效能,确保了170余个航天器的在轨稳定运行,提升了航天器运行管理能力及用户满意度。     

大型空间电站在轨展开与组装动力学与控制

针对大型空间电站在轨展开与组装过程中复杂的动力学环境，将桁架类大型空间电站视为一个刚柔多体系统，采用自然坐标法对刚性构件建模，基于绝对节点坐标方法描述柔性桁架结构，编写了一套动力学仿真软件，实现了大型空间电站在轨展开与组装动力学的精确仿真。仿真结果表明，采用摆线运动插值函数作为控制方程有利于提高多级展开过程的稳定性；在结构组装过程中，减小组装速度，增大组装机构阻尼系数与劲度系数，有利于提高结构稳定性。最终集成了一套针对大型空间电站的动力学仿真平台搭建方法，为大型空间电站在轨展开与组装动力学预示提供了理论依据和方法指导。     

航天器在轨运行状态管控模式建立与实践

针对航天器在轨运行状态变化多、管控难的问题,提出航天器在轨运行状态管控模式,建立在轨运行状态基线,采取"分阶段建基线、过程中管基线"的策略,明确在轨运行状态的管控范围、基线建立阶段和时机、更改控制程序。在轨管理实践表明:该模式的建立对于快速掌握航天器当前在轨运行状态、控制在轨运行状态更改操作风险发挥了重要作用,能保障航天器的在轨安全运行,为用户提供稳定的服务。     

空间在轨服务物理仿真系统有效性研究

研究典型在轨服务机器人气浮式物理仿真系统的有效性问题。针对在轨逼近和操作（抓取、移动和释放）这两种关键工作模式,从动力学原理和干扰下响应的一致性两个方面,系统分析了仿真数据的有效性。基于对误差模型的分析,研究仿真系统中干扰因素对仿真数据有效性的影响,给出物理仿真系统的可应用条件。将该结果应用到具体物理仿真系统中,可以对物理仿真试验起指导作用。     

空间细胞机器人系统关键技术及其应用

针对传统空间操控装置难以适应未来大型空间设施在轨建设的问题，提出一种能够实现多层次自重构的空间细胞机器人系统，并对其概念体系以及设计理念进行了分析。介绍了空间三角桁架装配场景下的空间细胞机器人系统硬件设计。提出了空间细胞机器人系统关键技术，包括多智能体协同不确定行为规划、多层次机器人系统构型决策、多智能体协同无环境地图自主导航以及多智能体分层协同分布式控制等。最后结合空间细胞机器人系统的特点与优势，对其应用前景进行了展望。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务，针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题，提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先，推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式，通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后，将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计，得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力，形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比，所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%，更适用于在轨靠泊加注任务。     

一种模块化微小型卫星对接机构建模仿真

面向微小卫星在轨服务的连接分离技术的需求，针对一种模块化微小型卫星对接机构，分析其机构原理，推导了机构的运动方程，并利用MATLAB验证机构的运动学模型的正确性，结合仿真定量分析机构可能出现的干涉问题，给出了不干涉条件。为研制用于模块化微小型卫星的对接机构提供一种运动学建模和仿真分析的 思路 。     

CBERS-02B卫星高分辨率相机的在轨调焦方法

卫星发射时的振动、由空气到真空环境的转变、微重力的影响等因素都可能会改变相机的焦面位置,导致相机焦面位置发生变化。CBERS-02B卫星在轨测试期间,对高分辨率相机进行了在轨调焦,并取得了明显效果。文章对高分辨率相机的在轨调焦方法和调焦结果进行介绍。     

面向GEO目标的快速在线在轨服务任务规划

针对地球同步轨道多对多在轨服务任务规划问题,提出了一种基于拍卖算法和先验知识的改进启发式拍卖算法(IHAA)。首先,建立了基于Lambert变轨的任务规划问题表征,设计了给定变轨时长约束下的快速燃料最优估计策略。其次,针对考虑J 2摄动影响的航天器在轨服务规划问题,提出了一种基于拍卖算法的快速求解流程。其中,为确定每一轮拍卖算法任务列表,提出了基于变轨先验知识的目标优先级排序启发式策略,实现了快速的服务时序确定方法;此外,为减少因部分航天器服务能力低导致的分配失败情况,设计了一种基于失败任务再分配的重拍机制。最后,将所提算法与遗传算法、模拟退火算法进行了对比,结果表明IHAA可以快速给出相对适应度较高的规划结果,可用于突发事件星上在线自主规划,亦可提供优化算法初值以提升规划效率。     

飞行器在轨服务

定义了在轨服务（OOS）的概念。介绍了OOS可实现的在轨检查、组装、更换修理、补给,以及轨道转移等功能,讨论了可扩展公共卫星平台、精确测量系统与控制软件、先进对接机构、燃料传输系统、先进机械臂系统,自主运行与管理等关键技术。阐述了OOS发展的需求与驱动因素,以及对飞行器设计中通用化与标准化、理念调整,以及可靠性与技术分配重构等的影响。     

基于在轨热环境的可展开天线反射面精度调整技术

随着宇航事业的发展,网状展开天线的尺寸越来越大,对形面精度要求越来越高(特别是高频段),在轨热环境与地面调整点的热环境差别大,必须采用基于在轨热环境的网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。就在轨热环境下的辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨,给出了计及在轨热环境的网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明,文中的分析、公式、方法是正确的,可行的。     

基于刃边法的航天光学遥感器在轨MTF测试研究

调制传递函数（MTF,Modulation Transfer Function）在轨测试是监测航天光学遥感器在轨运行性能的重要指标。准确把握遥感成像系统MTF在运行过程中的变化,关系到遥感数据资源的合理及有效利用。文章对刃边法测试MTF的原理及仿真算法进行了阐述,重点对刃边倾角、辐射定标和刃边图像的对比度对MTF测试精度的影响进行了仿真分析。