面向空间应用的大容量实时网络总线架构

针对未来空间综合电子系统总线网络发展需求，本文在介绍现有星载电子系统体系架构优缺点的基础上，提出了一种面向空间环境应用的高速高可靠实时网络总线架构。对网络协议架构、网络拓扑、工作原理及网络关键设备进行了详细介绍，该技术10 Gb/s的传输带宽、亚微秒时钟同步精度、多通道冗余传输机制能够满足未来空间环境应用需求，为未来空间电子系统网络架构研究提供借鉴。     

星载高速自适应SERDES传输系统设计

针对目前星载处理类载荷数据处理量急剧增加的特点，提出了一种基于SERDES技术实现高速数据传输的方法。该方法通过对SERDES串行/解串原理的研究，采用了一种自适应调整SERDES输入参数的方法，解决了星载处理器要求的不同温度下FPGA芯片间高速串行数据传输固有的相位偏移的问题。实验结果表明，该方法实现了在-25~+60℃温度范围内78个通路，333 Mb/s速率的可靠数据传输，满足了项目的需求，在星上有效载荷芯片间高速数据传输中具有广阔的应用前景。     

航天器平台-载荷-控制一体化协同研制

航天器任务能力的指标提升，对卫星系统设计的深入、精细以及集约要求更高。以系统性能最优为终极目标，围绕任务能力开展多学科一体化设计，进而引起的产品集成、验证模式的显著改变。本文对国内外航天器多学科一体化研制模式的发展和应用情况进行介绍，分析了一体化设计的需求和内涵，并对多学科一体化协同平台的实现及探索性应用进行了研究。     

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

航天器模型预测控制方法综述

随着人类航天活动的增加,空间任务正朝着需要满足多重约束和高性能的方向发展。模型预测控制（Model predictive control, MPC）得益于其在处理约束优化问题上的能力,近年来已在航天器控制中得到了广泛研究。本文首先回顾了MPC的发展历程,并基于该方法的基本形式,对其在航天器中的应用做了分类研究。然后,针对空间环境中的不确定性,依次总结鲁棒和随机两种MPC方法以及它们在航天器上的应用情况。在此基础上,考虑到航天器的安全性问题,总结现有研究中关于避障和容错的预测控制方法。针对MPC方法计算量大的缺陷,本文也从控制器的求解策略和求解方式出发,梳理了具有高计算效率的模型预测控制方法,包括分散式/分布式方法以及显式方法。最后,根据航天器的当前实际需求和未来发展,为MPC方法在航天器控制中的进一步研究提出了几点建议。     

航天器结构可靠性安全系数设计方法研究

火箭、导弹等航天器结构安全系数是强度设计考虑的关键参数,是设计载荷与使用载荷的比值,通常考虑材料性能散差、载荷计算偏差、结构零部件的制造工艺水平和稳定性等。目前航天器结构强度校核基本沿用传统的确定性安全系数方法,这种方法简单、可靠,但是随着航天器总体设计技术的发展和国际商业航天市场竞争的白热化,结构减重需求日趋增强,对安全系数进行精细化设计成为了一个重要的研究课题。基于此,本文开展了基于结构可靠性的航天器结构安全系数设计方法研究,给出了基于应力强度干涉模型的可靠性安全系数设计方法和设计流程,提出了基于总体偏差概率设计的航天器飞行载荷变差系数确定方法,给出了基于试验和数值仿真的导弹强度变差系数工程设计方法,可实现航天器结构安全系数精细化设计、结构减重,对提升航天器总体性能和运载能力具有重要的意义。     

基于CVAE的超高速碰撞碎片云运动过程的快速预测技术

在航天器防护构型设计中，需要快速、精确预测空间碎片超高速撞击防护屏产生碎片云的质量分布及其运动过程。采用深度学习方法，基于条件变分自编码器（CVAE）模型和大量铝球超高速正撞击铝板的光滑粒子流体动力学（SPH）方法的数值模拟结果，初步构建了碎片云空间质量分布与运动特征的快速预测模型。数值模拟中把铝球速度（3.00～8.00 km/s）、铝球半径（2.00～8.00 mm）、铝板厚度（1.000～4.000 mm）以及观测时间（1.0～12.0 μs） 4个变量作为输入控制参数，生成大量格式统一的训练集数据。模型隐藏层采用200个特征数据来描述碎片云质量分布，训练集参数范围内平均误差在0.6%以内，生成一个碎片云质量分布的平均时间小于7 ms。     

航天器动力学技术的发展和挑战

本文首先简要回顾了中国航天器动力学分析设计技术的研究发展和工程应用；然后，阐述了21世纪初期中国复杂航天器的发展对航天器动力学分析设计技术提出的新要求，重点分析了在动力学分析、仿真、优化与试验方面必须突破和解决的若干关键技术；最后，对中国航天器动力学分析设计技术的发展目标和前景作了展望。     

航天器环境试验标准体系研究

环境试验是航天器安全和可靠性的重要保障。本文在对航天器研制过程中所经历的环境及效应分析的基础上，从航天器的系统构成和航天器的研制流程角度，对航天器的环境试验进行了分类，进而构建了航天器系统级、分系统/组件级、材料/器件/电子元器件级的环境效应试验标准体系，这对航天器的研制及航天器的在轨安全和高可靠性具有重要意义。     

跳跃式返回航天器落点预报技术研究

建立了航天器再入动力学模型，提出了使用动能定理计算再入航天器质阻比和升阻比的方法。针对着陆场系统无法获取返回舱升力控制模型的实际情况，提出了一种使用理论机动弹道进行修正的再入航天器航迹预报算法；使用“嫦娥五号”再入段实测数据进行验证，结果显示本文算法显著提高了跳跃式返回航天器落点预报精度。     

运载火箭/航天器耦合分支模态综合法(下)

将运载火箭作为主结构、航天器作为分支子结构,分别采用自由界面模态展开定理和固定界面模态展开定理,导出分支模态综合法,进行运载火箭/航天器组合模型响应分析。进而,采用界面约束模态质量的界面加速度,导出航天器载荷估计方法,这时的运载火箭与航天器连接界面可以是静定的或静不定的。当仅考虑连接界面是静定的情况,界面约束模态质量将退化为界面刚体质量,导出采用刚体界面加速度的航天器载荷估计的方法,这个方法所导出的公式与Chen的方法完全相同,而Chen方法的公式是由有限元法导出的。提出一种航天器载荷瞬态分析新技术:一个以前的运载火箭/航天器组合系统的载荷分析结果可以用来获得被相同的运载火箭发射的新航天器结构的动态载荷,这种方法比Chen的"恢复瞬态分析"方法更简便。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

高精度航天器微振动建模与评估技术最近进展

航天器微振动是影响高精度航天器指向精度和成像质量等关键性能的重要因素，其力学环境极其复杂，工程上主要依靠理论建模和仿真评估手段进行分析和设计。从微振动力学环境、集成建模与综合评估技术、成熟软件系统和仿真实验设备等方面入手，全面介绍了国内外微振动集成建模与综合评估技术研究发展情况，结合国外发展和国内需求对我国相关技术研究的关键技术进行了分析，基于国内研究基础给出相关技术研究的发展思路。     

航天器姿态滑模变结构控制系统的设计

给出了航天器三轴动力学和四元数姿态运动学方程。在分析滑模变结构控制的基本原理和设计方法的基础上，通过二次型最优法解出航天器姿态角速度与姿态角之间的函数关系，进而得到滑动平面。在此基础上，应用滑模变结构控制方法对航天器姿态控制系统进行了设计和仿真，并与PID控制系统进行了分析比较。仿真结果表明，滑模控制系统具有良好的动态品质和稳态性能，体现了变结构控制的突出优点，对系统摄动和外加干扰具有极强的鲁棒性和自适应性。     

NASA 二级轻气炮设备简介

随着人类航天活动日益频繁,地球轨道上空间碎片总数逐年增长。航天器表面空间碎片防护工作受到各航天大国的高度重视。航天器针对毫米级空间碎片主要采用被动防护方式。超高速撞击实验是防护方案设计工作的基础。NASA 在毫米级弹丸超高速撞击实验中采用的主要发射装置为二级轻气炮。本文对美国 NASA 和相关单位二级轻气炮设备及其未来发展趋势进行简要介绍,同时对我国相关单位超高速撞击实验设备进行分析,并对发展趋势进行讨论。     

超高速碰撞碎片云质量分布快速预测技术

在航天器防护构型设计中,快速预测空间碎片超高速碰撞防护屏产生碎片云的质量分布及其变化规律具有重要意义。本文初步探索了采用深度学习方法预测超高速碰撞碎片云的二维质量分布及其变化过程。训练数据来自约2000个弹丸（铝球）超高速正碰撞靶板（铝板）的光滑粒子流体动力学数值模拟结果,共考虑4个变量（弹丸速度范围3～8 km/s、弹丸半径范围2～8 mm、靶板厚度范围1～4 mm以及观测时间范围1～12 μs）。系统比较了反卷积模型和多层感知机两种模型的预测效果,重点考察了模型的外推能力（应用于训练参数范围之外）。研究结果表明:在训练参数范围内两种模型的预测精度都很高;反卷积模型能够捕捉到碎片云质量分布的颗粒特征,但外推能力较差;多层感知机模型将碎片云中的质量进行了局部均匀化处理,具有较强的外推能力;多层感知机模型通过学习1～12 μs的碎片云质量分布,能够以一定精度预测24 μs时刻的质量分布;反卷积模型的预测时间为毫秒量级,多层感知机模型的预测时间为秒量级。     

基于EON的卫星磁设计仿真系统研究

卫星磁设计的三维规划是一项艰难的任务,利用虚拟仿真平台EON开发的卫星磁设计仿真系统有效地解决了这一问题。论述了在卫星磁设计仿真系统的总体结构和开发方法,并对系统开发涉及的仿真程序与应用程序间的数据通信技术,碰撞检测技术和事件路由机制等关键技术进行描述,利用这些方法开发的磁试验仿真系统可以满足用户的要求,有效地进行卫星的磁设计工作。     

基于回流多风扇主动控制引导风洞的风场模拟试验

为了深入开展复杂建筑物及输配电线路的台风风荷载研究,提升复杂建筑物及输配电线路抗台风灾害的能力,拟研制一种回流多风扇主动控制风洞。为了突破回流多风扇主动控制风洞结构设计的关键技术,验证全尺寸风洞能否达到预期指标,研制了回流单动力段主动控制引导风洞。文中主要介绍了该引导风洞的结构设计和主动来流(均匀流场和湍流流场)模拟试验。试验结果表明:该引导风洞的最大风速达到18.2 m/s;正弦脉动流场风速为15.1 m/s(平均速度)±3.8 m/s(振幅)时,最大频率为7 Hz;正弦脉动风场模拟相似度高达94.3%。