可重复使用航天器任务应用与关键技术研究

针对作为降低航天任务成本重要手段的可重复使用航天器技术在未来的应用需求,对可重复使用航天器概念进行了探讨,给出了系统级可重复使用和部件级可重复使用航天器的定义。分析了可重复使用航天器在未来航天领域的应用,包括近地轨道空间站任务和月球基地任务。对全寿命任务周期中航天器与可重复使用次数的关系进行了分析,结果表明可重复使用航天器在经济性上较一次性使用航天器有明显优势,且可重复使用次数达到10次以上时,能够将成本降到最低。最后对发展可重复使用航天器所需攻关的关键技术进行了梳理,为我国发展可重复使用航天器技术提供参考。     

中继卫星系统在我国航天测控中的应用

中继卫星系统高覆盖、数据传输能力强,是航天测控网的重要组成部分。随着我国中继卫星系统的建设和不断完善,其对优化我国航天测控网结构、提升中低轨道航天器测控能力的作用日益明显。本文结合中继卫星系统的特点,分析了我国航天测控任务对中继卫星系统的应用需求,提出了在运载火箭测控、航天器入轨段测控、载人航天测控、卫星在轨长期管理等方面开展中继卫星系统应用的思路,梳理了运载火箭测控、航天器入轨及早期轨道段测控、飞船返回段测控、多址链路测控等方面需要解决的关键技术。     

轨道测量设备精度自鉴定技术及评估

本文介绍了航天测控网在跟踪测量航天器运行轨道时，应用自校准技术精确的比较标准，实现航天测控网精度自鉴定的技术途径。提供了几种自校准外测系统误差的处理方法，并对它们的应用进行了评估。重点介绍了轨道约束“EM－BET”自校准技术的原理，它不仅对于提高测控系统测量精度鉴定的技术水平，而且对于改进和提高航天器的定轨技术，精确地确定轨道和预防，都是具有重要意义的。     

航天测控资源统一分配的多维遗传算法

对于航天器测控资源分配这一类时间窗受限的约束满足问题,国内外已有许多应用遗传算法的研究并取得了较好的成果。目前的研究主要针对的是低轨道航天器这类可见弧段较短、全弧段跟踪的问题,对于地球同步以及高轨道航天器这一类长弧段可见、非全弧段跟踪的资源分配问题,相关的应用研究较少。针对高低轨航天器测控资源统一分配问题的特点,经过对标准遗传算法的扩展,设计了一种能够描述高、低轨道航天器资源分配问题的多维编码方法,定义了相应的交叉算子、变异算子等算法要素,从而建立了一种能够解决航天测控资源统一分配问题的多维遗传算法。仿真计算表明,该算法能够有效解决目前我国航天测控网面临的"一网多星"管理模式下,高低轨航天器统一管理、统一分配测控资源的问题。     

高面质比航天器轨道运动受摄分析

随着航天科技的发展,柔性材料、充气结构被广泛地应用于航天器,航天器的面质比也越来越大;同时,与面质比相关的摄动加速度大大增加,对航天器轨道运动产生较大扰动。通过分析摄动加速度的本构关系,研究了高面质比航天器摄动加速度的量级;结合高斯摄动理论和太阳光压、大气阻力等摄动模型,讨论和分析了高面质比航天器的轨道演化。建立的光压模型表现出较强的稳定性,可避免求解复杂的地影方程。研究结果表明,大气阻力、太阳光压等摄动均对高面质比航天器在轨运动产生了强烈的影响。     

航天测控虚拟现实系统的设计实现

利用虚拟现实系统进行航天测控监视，能够直观表现航天器的空间位置、轨道、姿态、外部件工作状况、以及日地星相对运动规律、设备跟踪情况，为指挥和技术人员分析掌握航天器的运行情况提供监控手段，同时能够对各种岗位人员进行任务培训。本文介绍了虚拟现实（VR）的一般概念，分析了航天测控系统的需求，详细论述了航天测控虚拟现实系统的设计实现方法以及主要的技术问题。     

航天器测控仿真方法研究

航天器发射前,航天飞行控制中心需要对相关测控方案和软件进行验证。利用仿真系统验证测控方案和软件是一种行之有效的途径。航天器测量数据、轨道和姿态控制仿真是航天飞行控制中心仿真系统的重要组成部分。分别讨论了航天器测量数据、轨道控制和姿态控制仿真方法,分析了航天器测控仿真系统的建立,通过仿真结果说明了仿真方法的合理可行。     

无线电掩星技术在大气探测的应用

通过介绍GPS在大气探测中的应用,引入了一种新的研究大气模型的方法——无线电掩星技术。阐明了无线电掩星技术的发展历程、反演原理及应用前景,并结合我国航天实际,提出了一种利用北斗导航系统进行大气参数反演,修正航天器轨道测量数据,从而提高定轨精度的新思路。     

近地航天器量子导航定位卡尔曼滤波算法研究

针对近地航天器量子导航定位系统,为了进一步提高其定位精度,利用滤波技术将QPS测量值结合航天器的运动模型进行状态量的滤波估计.给出了基于基线干涉原理的量子定位系统观测方程和以二体运动为主的航天器轨道运动模型,在此基础上详细推导了扩展卡尔曼滤波处理过程,并针对该模型进行了仿真.仿真结果表明,基于EKF的量子导航定位精度有明显提高.     

航天智能控制技术让运载火箭“会学习”

高可靠和智能化是未来智能航天器的主要特点,本文聚焦航天器高可靠、智能化的发展需求。梳理了中国运载火箭从无到有、从有到全的发展历程,提出了航天智能技术从航天器的可靠性做起,航天器的可靠性从航天智能控制做起,航天智能控制从"会学习"的火箭做起。围绕航天智能控制技术如何使运载火箭"会学习"的发展架构,进一步探索了"边飞边学"和"终身学习"智能控制技术的理论研究和应用现状,支撑中国"会学习"运载火箭高可靠和智能化的发展。     

北斗卫星导航( 区域) 系统星座对中国载人航天器的服务能力仿真分析

载人航天器可以利用北斗卫星导航系统实现自主导航定位和相对测量以支持轨道确定和交会对接任务。为了评估当前星座条件下北斗卫星导航(区域)系统对中国载人航天器的服务能力,建立了当前北斗卫星导航(区域)系统的星座仿真场景。利用载人航天器轨道参数,对其轨道处北斗区域星座的覆盖特性和服务能力进行了仿真,分析了可以用于载人航天器绝对定位和相对定位的时间长度、可见卫星情况、位置精度因子等特性。分析结果表明,在载人航天轨道的一些持续时间段内,航天器可以利用北斗(区域)系统完成绝对和相对定位功能。     

航天器悬停构型设计与控制方法

为满足航天器在轨服务任务对悬停技术的需求,对航天器悬停构型的设计与控制问题进行了研究。通过任务航天器轨道设计得出目标航天器与任务航天器的绝对轨道关系,并用以说明悬停轨道的形成机理。结合任务航天器相对于目标航天器的相对轨迹,采用具有严格定义的相对轨道要素,对悬停轨道在目标航天器轨道平面内和平面外的构型进行描述。对"间隔式"的悬停构型脉冲控制策略进行推导,以实现任务航天器在目标航天器任意位置的长期悬停,并在此基础上分析悬停构型变化对速度脉冲的影响。最后,通过典型仿真算例验证所提方法与结果的正确性和有效性,并获得任务航天器在不同悬停轨道间转移的实现过程。研究结果完善了航天器悬停轨道的设计与控制方法,并说明了设计的悬停轨道具有可行性,能够为工程任务设计人员提供参考。     

基于轨道可达域的机动航天器接近威胁规避方法

面对日益复杂的空间安全形势,基于轨道机动可达域分析提出了机动航天器接近威胁计算、评估和规避方法。首先,基于可达性判据给出机动能力受限的航天器单脉冲轨道机动可达域求解方法。其次,通过判断在轨航天器自身轨道与来袭航天器机动可达域间的位置关系计算其位于威胁域内的区段,进而得到轨道危险区。再次,基于两航天器进出危险区的时间定义了威胁评价指标,从空间和时间的窗口匹配性角度分别评估在轨航天器受来袭航天器的威胁程度。最后,给出了基于最小化危险区的航天器最优多脉冲接近威胁规避策略,对比了多个脉冲方案结果。仿真结果表明,在轨航天器能够在满足给定约束条件下实现对危险区的机动避让,并以最小燃料消耗回归正常运行轨道。     

航天人因工程研究进展

航天人因工程是人因工程学在载人航天领域中的应用,秉承"为航天员使用而设计"的理念,系统研究解决航天员、航天器、航天环境之间的关系问题,确保航天员在轨安全、舒适、高效工作。从航天人因工程概念和作用出发,通过系统梳理国际国内航天人因工程研究的发展现状,重点分析了其研究特点及未来发展趋势。结合我国载人航天后续发展对航天人因工程的迫切实际需求,系统梳理了航天人因工程研究技术体系,并从管理与技术研究两个方面,系统论述了我国航天人因工程的研究应迫切开展的工作及后续发展的思路。     

轨道机动模型在低轨航天器定轨中的应用研究

现代航天任务中,各类航天器由于工作的需要必须进行适时的变轨或进行其它轨道机动.由于这些轨道机动的动作导致前后数据不能有效的拟合,降低了定轨精度.为此,建立了适用于各类航天器轨道机动的动力学模型,通过运用测轨数据使用数值积分方法求解各类模型参数,着重探讨近地航天器的轨道机动的影响,并主要使用GPS导航定位数据分析其精度,实现了轨控参数的求解标定,同时提高了短弧段的定轨能力和预报精度.     

复合材料在航天器结构中的应用与展望

结合航天器结构的特点,阐述了我国航天器结构中复合材料的初步应用、快速发展、广泛应用和扩展应用过程。结合后续我国航天任务规划,展望了复合材料在航天器结构中的发展趋势。     

大型航天器无控飞行再入时间短期预报的轨道摄动方法研究

针对寿命末期大型航天器临近再入前轨道衰降受到跨流域多尺度非平衡环境下气动力/力矩影响显著的问题,基于体坐标系下的气动力和力矩分量,建立了航天器轨道-姿态动力学摄动模型;结合航天器再入跨流域空气动力学统一计算理论与数值模拟手段,提出了大型航天器无控飞行轨道衰降过程气动特性一体化快速算法。基于地心惯性坐标系气动融合轨道动力学方程数值积分方法对航天器的轨道姿态摄动模型进行了外推计算,结合无迹卡尔曼滤波方法对外测轨道星历观测数据初值误差和模型误差进行了滤波。针对250～120 km高度范围的大型航天器短期轨道衰降变化进行仿真预测,对比了外测轨道星历数据,结果表明:本文提出的经卡尔曼滤波误差分析的轨道摄动模型方法对寿命末期大型航天器短期轨道预报具有较强的模拟能力与有效性,有助于推动近地轨道空间目标气动融合轨道数值预报领域发展。     

在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦合动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合,建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦合动力学模型,并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律,将建立耦合动力学模型与CW方程进行仿真比较,验证轨道与姿态的运动耦合对两航天器对接点之间相对位置的运动影响。     

基于双视线测量的相对导航方法

对非合作目标自主交会中的中远程相对导航问题进行研究.首先,给出二阶近似的航天器相对轨道动力学方程,并对视线(LOS)导航方法的可观测性进行了分析.然后,提出基于双视线测量的相对导航方案.该导航方案中,系统过程噪声模型采用适用于航天器远距离相对运动的轨道动力学方程;量测量包括目标对两个追踪航天器的视线角和追踪航天器之间的...     

绕飞慢自旋小天体的航天器运动分析

针对可以用三轴椭球体近似建模的小天体,给出了非球形引力势函数,建立了航天器绕飞小天体的轨道动力学方程。利用Jacobi积分常数绘制了探测器在小天体周围的零速度曲线,并分析了探测器的可能运动区域,给出了航天器不碰撞小天体的边界条件。针对绕飞慢自旋小天体的情况,基于平均轨道根数的近似解分析了小天体扁率和椭率的摄动影响,并给出了几条冻结轨道及其稳定条件。