激光跟踪仪在交会对接微波雷达多径试验中的应用

交会对接微波雷达多径试验是在地面模拟两个飞行器在轨交会对接过程中由舱体表面及遮挡对微波信号造成反射干扰的一种试验,其目的是验证激光雷达系统功能及安装位置的合理性。在近20m远的距离上,对飞行器舱体上的微波雷达天线和微波应答天线进行角度及距离的精确测量。文章通过对试验环境、测量项目分析及不同精测方案比对,采用激光跟踪仪直接测量舱体结构,获得了准确的基准数据,有助于指导微波雷达在飞船轨道舱上的精确安装和提高交会对接微波雷达多径试验的精度。激光跟踪仪首次应用于交会对接微波雷达多径试验,相比经纬仪在航天器基准测量中具有更大的优势。     

舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度影响分析

姿态光学敏感器是航天器在轨姿态控制的重要部件,其安装精度直接影响航天器的姿态控制精度。为了研究舱压对载人航天器密封舱姿态光学敏感器安装精度的影响,以某载人航天器密封舱外安装的姿态光学敏感器为研究对象,通过对其安装精度要求、安装状态与舱体变形情况的分析,提出了一种敏感器在设计阶段布局的分析方法。在地面进行了模拟充压试验,验证了分析方法的有效性。根据分析和试验结果在型号后续设计中进行了相应的布局改进,改进结果满足了敏感器安装精度要求并经过了飞行试验验证。     

空间飞行器的对接分离与地面模拟试验的仿真分析研究

对两对接飞行器的分离过程和地面模拟试验过程进行了理论分析,论述了两飞行器在分离瞬间空间分离过程与地面模拟试验过程之间的对应比拟关系;依据地面试验中给出的多种工况,利用多体动力学软件ADAMS仿真分析并比对了地面和空间零重力两种环境条件下两飞行器分离时的运动特性,讨论了地面五自由度对接分离气浮平台模拟两飞行器在空间实际分离时带来的原理误差影响.     

里里外外说天宫——天宫一号目标飞行器面面观

地面体检煞费苦心 天宫一号虽然使用了很多成熟的技术。但采用的新技术、新设备也非常多。单看天宫一号的个头——长10．4米、直径3．35米，就比以往的飞行器大很多，如何保证它能够成功升空，顺利完成交会对接任务，并在太空平安地飞行两年？中国航天科技集团公司的科研人员为此煞费苦心，做了大量验证试验。     

我国计划2011年发射“神八”和“神九”飞船

据新华网消息，全国政协委员、中国载人航天工程首任总设计师王永志3月6日透露，我国计划在2011年将连续发射神舟八号和神舟九号飞船，与2010年发射的天宫一号进行太空对接，天宫一号既是交会对接的目标飞行器，又是我国的第一个空间实验站。神舟八号为无人飞船，是太空交会对接的追踪飞行器。神舟九号也将与天宫一号进行交会对接，并计划再次搭载航天员飞天。     

ATV交会飞行控制策略研究

"自动转移飞行器"(ATV)是欧洲航天局(ESA)服务"国际空间站"(ISS)的项目.ATV货运飞行器自动执行调相,交会与对接、分离、降轨,以及受控毁坏性再入.ATV对ISS的交会对接可脱离地面控制自主完成,ATV交会使命将朝向栽人航天飞行发展,高度自主性与严格安全性是ATV使命设计的主要特点.在自主交会飞行期间,飞行...     

运用计算机视觉对空间飞行器交会对接中的位置和姿态的测量

本文叙述了一种测量空间飞行器交会对接过程中位置和姿态角的方法。这种方法简单所需的运算量也较少，通过测量能给出追踪飞行器相对于目标飞行器的位置和姿态角。     

飞行器自主交会对接逼近阶段单台CCD测量方法研究

提出了一种利用单台CCD相机来实现自主交会对接最后逼近阶段的测量与控制任务。通过对安装在目标飞行器上的四个共面编码标志的测量，来实时计算追踪飞行器上CCD相机的外参数。利用求得的相机外参数和已知的坐标系间的转换参数，可以求得追踪飞行器坐标系与目标飞行器坐标系间的转换参数，从而得到两者间的相对位置和姿态系数。本文还通过了一组试验验证了该该法的可行性。     

空间站能源系统并网供电技术研究

空间站结构复杂,通常由多个舱段组成,与飞船等飞行器进行交会对接后,各舱段和对接飞行器自有的能源系统可能会由于空间位置及相互遮挡等原因而无法满足自身供电需求,这就需要对舱体电源系统进行并网供电。文章论述了"天宫一号"目标飞行器与"神舟"飞船采用的并网供电方案,通过并联冗余及自动均流控制实现不同舱体间的功率传输;在此基础上,通过调研国外空间站并网供电技术,比较了空间飞行器组合体并网供电中的技术方案及特点,总结了目前空间站并网供电模式可采用的类型,最后提出了我国未来空间站并网供电可采取的方案。     

交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间...     

逼近段惯性/视觉组合相对导航算法

针对交会对接最终逼近段相对位姿测量,提出了惯性/视觉组合相对导航算法.基于对接航天器相对运动模型,利用追踪航天器上惯性测量单(IMU)获取两航天器间的相对运动信息作为短期参考,以电荷耦合器件(CCD)视觉测量作为长期参考,综合姿态四元数运动学方程,分别建立了姿态滤波器和位置滤波器.仿真结果表明算法可行且有效,并仿真分析...     

Nonlinear 6-DOF control of spacecraft docking with inter-satellite electromagnetic force

Compared to traditional docking systems, spacecraft docking with inter-satellite electromagnetic mechanism has distinct advantages. However, its 6-DOF control problem has not been adequately investigated. From our knowledge, this paper attempts to study the 6-DOF control problem for the first time. Based on the far-field electromagnetic force model and Hill's model, the dynamic model of translational motion is derived; using tracking control strategy, LQR method and estimate of Extended State Observer (ESO), an optimal and robust translational controller is designed to satisfy relative position/velocity requirements of soft docking. Representing the attitude of the docking spacecraft pair by unit quaternion, the attitude dynamic and kinematic models with quaternion expression are derived; using behavior-based coordinated control approach and ESO, a decentralized attitude controller is designed to simultaneously align one spacecraft with its absolute desired attitude and with the other spacecraft of the docking pair, requiring no angular velocity measurement and exhibiting better robust capability. The feasibility and performance of this proposed 6-DOF controller are validated by theoretical deduction and simulation results.     

Relative position and attitude estimation of spacecrafts based on dual quaternion for rendezvous and docking

The capacity to acquire the relative position and attitude information between the chaser and the target satellites in real time is one of the necessary prerequisites for the successful implementation of autonomous rendezvous and docking. This paper addresses a vision based relative position and attitude estimation algorithm for the final phase of spacecraft rendezvous and docking. By assuming that the images of feature points on the target satellite lie within the convex regions, the estimation of the relative position and attitude is converted into solving a convex optimization problem in which the dual quaternion method is employed to represent the rotational and translational transformation between the chaser body frame and the target body frame. Due to the point-to-region correspondence instead of the point-to-point correspondence is used, the proposed estimation algorithm shows good performance in robustness which is verified through computer simulations.     

着陆姿态对地外天体表层采样的影响研究

表层采样技术是获得地外天体特性的重要手段,是完成地外天体采样任务的一项关键技术。文章结合4自由度表层采样装置的特点,建立了表层采样装置的逆运动学模型,分析了极限着陆姿态下表层采样装置安装位置在当地参考坐标系中的变化,并针对一次封装与二次封装过程中表层采样装置的位置和姿态要求,明确了末端采样器姿态补偿方法,提出了着陆姿态对表层采样影响的分析算法。仿真结果表明,该算法能有效分析着陆姿态对表层采样的影响,可为表层采样装置适应性设计提供支持。     

货运飞船敏感器设备安装精度保证设计

位姿测量敏感器的安装精度直接影响航天器密封舱在轨姿态测量和交会对接控制精度。文章针对敏感器位姿在轨无法标定和载人航天器精度保证设计制约因素多的问题,对货运飞船精度保证设计中需要考虑的停放工装和重力影响、货物空满载、舱压和发射段振动等各种要素进行研究,提出一种融合多要素的载人航天器设备精度保证设计方法,确立基于单因素精度变化量的目标函数,实现精测结果评价量化,保证位姿测量敏感器精度满足在轨测量和控制要求。该方法已成功应用于“天舟”系列货运飞船,未来可应用于其他载人航天器研制中。     

卫星对接环减振装置设计与验证

针对相同平台卫星不能满足多种运载力学环境的问题，设计了一种对接环减振装置并进行了试验验证。首先通过分析卫星对接环功能特点，结合金属橡胶材料减振方式，设计了对接环减振装置，构建了卫星-对接环减振系统的动力学模型；然后通过正弦与随机振动试验验证了设计的有效性；其次，将对接环减振装置进行了有限元分析，将有限元分析结果与试验结果进行对比，验证了分析模型的正确性；最后，将所设计的对接环减振装置应用于环境减灾二号(HJ-2)卫星中，通过整星动力学分析验证了该装置的应用效果。     

交会对接仿真实验方案的研究

提出一种地面交会对接仿真实验方案。其中，由ＣＣＤ相机、三轴位置及三轴姿态转台系统模拟追踪器；由三轴转台及五点光源系统模拟目标器。通过ＣＣＤ相机获取目标五点光源的视频信息，并由视频处理机和计算机进行快速处理。追踪能快速算出目标器的位置和姿态，然后通过伺服系统和执行机构准确跟踪目标。建立了交会对接过程的数学模型，通过仿真验证了模型的有效性。     

对接综合试验台轨迹规划算法研究

为实现模拟空间两飞行器对接动力学过程的对接综合试验台的平稳对接，提出了一种基于加速度控制的轨迹规划算法。给出了不同初始条件下的规划方法，以及时转动自由度的特殊处理。物理试验结果表明，规划模型能精确控制平台从初始零位运动到主被动对接机构初次接触位置，且最后时刻平台姿态与对接试验的初始条件完全吻合。该算法可直接用于对接综合试验台的控制。     

基于双目视觉的相对状态自主确定

基于双目视觉系统提出了一种适于交会对接最后阶段的近距离绕飞的相对状态自主确定方法。用修正罗德里格参数(MRP)描述姿态,给出了追踪器与目标器间的相对姿态运动学与动力学方程,以及相对运动方程,根据双目视觉系统的小孔成像原理建立了双目系统的测量数学模型,由扩展卡尔曼滤波(EKF)获得两航天器的相对位姿及其变化率。仿真结果表明该法可行。