载人小行星探测目标选择

讨论了近地小行星载人探测任务的探测目标选择问题。在能量消耗与任务周期约束的基础上,综合考虑发射机会、目标观测完备度、应急返回能力等复杂任务约束,对近地小行星的可探性进行了评估。提出了逐层选择方法并给出了2020~2050年间适合载人探测的目标星序列,可为未来载人小行星探测任务的规划与设计提供参考。     

载人小行星探测器系统方案概念研究

根据载人小行星探测的飞行任务模式,提出了载人小行星探测器的系统组成方案,探测器由乘员舱、登陆舱、返回舱、推进舱组成,描述了各舱段的主要功能及指标。对乘员舱进行了系列化的设计,并基于不同的乘员舱配置,提出了4种探测器系统方案。依照探测器总质量最小的原则,提出了探测器系统方案选择的流程,并举例对系统方案的选择进行了说明,对乘员舱系列化设计的优势进行了讨论。最后,给出了对部分小行星实施载人探测的探测器系统方案和总质量估计。研究结果可为我国载人小行星探测的方案设计与论证提供参考。     

载人小行星探测的飞行模式

基于载人小行星探测的任务背景,根据其基本的飞行阶段及任务特点,对其探测任务的飞行模式进行分析,其中包括探测器逃逸地球的飞行方式、小行星表面探测方式、返回与再入的飞行方式,重点研究小行星表面探测方式。对运载能力、技术难度、探测器质量规模进行了分析与比较,得出基于着陆对接口概念的近地+对接着陆+直接再入的较优的飞行模式,并将该模式进一步划分为9个飞行节点及6个主要飞行阶段,对其飞行过程进行了详细的描述。     

载人小行星探测的飞行模式简

基于载人小行星探测的任务背景,根据其基本的飞行阶段及任务特点,对其探测任务的飞行模式进行分析,其中包括探测器逃逸地球的飞行方式、小行星表面探测方式、返回与再入的飞行方式,重点研究小行星表面探测方式.对运载能力、技术难度、探测器质量规模进行了分析与比较,得出基于着陆对接口概念的近地＋对接着陆＋直接再入的较优的飞行模式,并将该模式进一步划分为9个飞行节点及6个主要飞行阶段,对其飞行过程进行了详细的描述.     

月面机器人探测路线图及典型方案研究

月面机器人具有环境适应性好、工作时间长和安全性高等特点,是未来无人/载人月面探测中的重要支持系统。在分析整理国内外月面机器人探测历史与规划的基础上,梳理月面机器人探测任务需求。结合中国探月工程总体规划和技术水平,提出月球南极、中低纬度和月球背面月面机器人探测的路线图,并从科学价值、工程可行性等方面对各阶段着陆地点进行初选;详细阐述以水冰探测和生物学实验为主要目标的月球南极Shackleton山跨明暗界线探测方案,以及以人机联合探测、大深度地质钻探为特色的中低纬度海陆边界区探测的任务目标和系统方案,可为探月任务的实施提供参考和启示。     

基于在轨加注站的空间运输系统规模分析

针对基于在轨加注站模式的空间运输系统,分析了其执行地球空间任务、载人月球探测任务、载人小行星探测任务和载人火星探测任务时采用的不同空间运输系统组合,对比了反推减速和气动减速两种方式,得到了具体的加注站及其空间运输系统的规模和数量需求。结果表明基于在轨加注站的整个空间运输系统规模和在轨加注规模有限,数量可控,可实现性强,利用两个加注站和有限数量的空间转移运载器就能满足多种空间探测任务的需求。     

“绳网飞行器+绳系机械爪”捕获近地小行星的新概念方案

以近地小行星重定向任务为背景,分析了仅采用机械臂或大型口袋捕获小行星将会遇到的潜在技术困难,提出了利用释放绳网飞行器与绳系机械爪捕获小行星的新概念方案。当探测飞行器接近小行星后,其捕获目标的过程主要包括三个步骤:1)探测飞行器释放绳网飞行器,绳网飞行器接近小行星并转移至姿态同步跟踪;2)绳网飞行器捕获小行星并实施收口操作;3)探测飞行器释放绳系机械爪抓取绳网节点实现拖曳。基于"绳网飞行器+绳系机械爪"捕获小行星新方案,对绳网飞行器的收口机构和绳系机械爪进行了针对性设计,主要体现在对收口机构更新了能量储存方式以及将绳系机械爪的捕获对象设定为绳网结点。"绳网飞行器+绳系机械爪"捕获小行星的新概念方案强调了捕获过程中探测飞行器的安全性问题,值得进一步深入研究。     

载人月球基地选址的几个基本因素

载人月球基地选址有许多因素需要考虑,如战略意义、科学目标、工程能力约束和资源利用等。分析了国外载人登月着陆点选取及月球基地选址原则,确定了各种选址影响因素的优先级,为我国载人月球基地选址提供了参考依据。基于月球表面的特殊环境和月球基地建设过程中的工程能力约束,对载人月球基地选址约束进行了分析。结合国内外无人月球探测工程、载人登月工程选址点的分布情况,初选月球正面的虹湾、月球赤道的马留斯地区和南极Cabeus撞击坑进行了载人月球基地选址综合分析。分析结果表明,具有较好科学研究意义的虹湾地区和可能存在水冰资源的Cabeus撞击坑均能够满足载人月球基地的选址需求。     

可移动式月球着陆器在载人月球探测活动中的任务分析

基于对阿波罗计划登月舱以及其它载人月球探测计划着陆器系统任务的调研,针对固定式着陆器任务与功能的局限性,提出了可移动式月球着陆器概念,以未来载人登月以及载人月球基地任务为背景,分析了可移动式着陆器在月面大范围探测、增强探测灵活性和月球基地建造、运营等任务中的优势:移动式月球着陆器能够兼顾载人登月任务和月球基地任务,优化月面系统组成,实现两个任务的衔接和过渡,对以建立月球基地为目标的载人航天计划、移动式月球着陆器以及基于着陆器形成的探测模式都很有助益。     

月面人机联合探测概念研究

月面人机联合探测是载人月球探测任务的基础,是制定载人登月任务模式、设计登月飞行器系统方案的前提。以未来载人登月和月球基地任务为背景,对月面人机联合探测的需求进行了分析,梳理了不同阶段月面典型作业活动,并以此为基础,对月面人机联合探测系统方案进行了论证,设计了面向不同任务的系统组成,分析了月面人机联合探测关键技术,为后续开展有人参与的月球探测任务提供参考。     

基于微分进化算法的深空小推力轨道优化设计

针对多目标多任务的深空探测轨道优化设计问题,基于以太阳为主引力体的二体模型,采用电推进小推力系统,提出了将目标行星的探测方式、探测顺序、发射窗口同时进行全局优化的解决方案.依此建立小推力轨道优化设计算法模型,利用微分进化算法进行全局一体化优化设计,得出多目标多任务的一体化深空探测轨道.通过与相同条件下其他设计方法的结果比对分析得出：基于小推力推进方式并采用微分进化算法进行优化的轨道优化设计方案,在多目标多任务深空轨道一体化设计问题上具有可行性及应用价值.     

小行星探测器测试发射模式研究

针对小行星探测器测试发射的特点,对影响小行星探测器测试发射模式选择的准则和因素进行深入分析,采用层次分析法和二级评判准则,建立了小行星探测器测试发射模式的多属性决策模型,在影响因素集定性讨论和决策模型定量分析的基础上,提出了小行星探测器测试发射模式的2种备选方案。     

小推力深空探测轨道全局优化设计

 针对小推力深空探测四维轨道优化设计,给出了一种组合优化算法,采用该算法基于二体模型进行了深空探测四维轨道全局优化。该组合优化算法由动态规划算法、静态参数优化算法与共轭梯度算法组成。动态规划算法和静态参数优化算法用以选择最优的发射窗口、返回窗口及相应的近似飞行轨道;基于该近似轨道方案,采用共轭梯度算法（解决两点边值问题）求解精确的最优轨道。通过大量的数值仿真计算,得到了航天器的全局最优飞行轨道,及相应的最优发射窗口与返回窗口。数值仿真结果表明,该组合优化算法对深空探测轨道优化具有良好的通用性和工程运用价值。     

Sensor Optimization Selection Model Based on Testability Constraint

Sensor selection and optimization is one of the important parts in design for testability. To address the problems that the traditional sensor optimization selection model does not take the requirements of prognostics and health management especially fault prognostics for testability into account and does not consider the impacts of sensor actual attributes on fault detectability, a novel sensor optimization selection model is proposed. Firstly, a universal architecture for sensor selection and optimization is provided. Secondly, a new testability index named fault predictable rate is defined to describe fault prognostics requirements for testability. Thirdly, a sensor selection and optimization model for prognostics and health management is constructed, which takes sensor cost as objective function and the defined testability indexes as constraint conditions. Due to NP-hard property of the model, a generic algorithm is designed to obtain the optimal solution. At last, a case study is presented to demonstrate the sensor selection approach for a stable tracking servo platform. The application results and comparison analysis show the proposed model and algorithm are effective and feasible. This approach can be used to select sensors for prognostics and health management of any system.     

Convex optimization of asteroid landing trajectories driven by solar radiation pressure

High-area/mass ratio landers driven by Solar Radiation Pressure (SRP) have potential applications for future asteroid landing missions. This paper develops a new convex optimization-based method for planning trajectories driven by SRP. A Minimum Landing Error (MLE) control problem is formulated to enable planning SRP-controlled trajectories with different flight times. It is transformed into Second Order Cone Programming (SOCP) successfully by a series of different convexification technologies. A trust region constraint and a modified MLE objective function are used to guarantee the convergence performance of the optimization algorithm. Thereafter, the SRP-driven trajectory optimal control problem is converted equivalently into a sequence of convex optimal control problems that can be solved effectively. A set of numerical simulation results has verified the effectiveness and feasibility of the proposed optimization method.     

Orbital maneuver strategy design based on piecewise linear optimization for spacecraft soft landing on irregular asteroids

Recently, asteroid exploration becomes an important branch of human’s deep space activities. In this paper, a piecewise linear optimal orbital maneuver strategy is designed for a spacecraft soft landing on irregular-shaped asteroids. First, the space around an irregular asteroid is converted into several grid units, and the gravitational field of the asteroid is linearly fitted in each unit. Then, the soft-landing orbital maneuver strategy design problem is formulated as a piecewise linear optimal problem, and further transferred into a family of two-point boundary value problems, which can be solved using collocation method. Finally, a corresponding algorithm is developed to obtain the piecewise linear optimal maneuver strategy, which is proved to be able to achieve the soft-landing mission well. Simulation results show that the error of the model linearization is small enough, while the calculation efficiency is remarkably improved, and the robustness of maneuver strategy is also improved.     

选择发动机最佳循环参数的一体化方法研究

 航空发动机是飞机的动力装置,它的性能、重量、尺寸都对飞机性能有显著影响。本文从系统工程的观点出发,综合考虑飞机、发动机性能的相互影响和匹配,提出了以最好地满足飞机飞行任务为目标,选择发动机最佳循环参数和调节计划的一体化方法。 本文的应用实例是歼击机动力改型时优选加力发动机的最佳设计方案。计算结果表明:飞机飞行任务不同、改型要求不同、约束条件不同,发动机最佳方案的类型、循环参数和调节计划也完全不同。因此,一体化选择方法具有重要实际意义。     

基于Pareto集与多目标决策的飞控参数优化

针对传统的单目标优化方法不能对飞控系统多个性能指标同时进行优化的问题,提出了一种基于Pareto遗传算法和多目标决策的飞控系统参数优化方法。通过NSGA-Ⅱ算法对飞控系统参数进行优化获得最优解集,在此基础上首先进行方案的初选,然后利用综合权重的Vague集决策方法对备选方案进行模糊评价和优选,找到最终满意解。仿真结果验证了所设计方法的有效性。     

推力室结构力学分析与优化设计

针对某液体火箭发动机推力室建立了参数化模型,使用有限元方法分析结构固有频率和振型,并进行了模态试验验证.采用最优拉丁超立方法进行计算机数值试验设计,得到了结构质量和1阶固有频率对于设计变量的敏感性,对于优化设计过程具有指导意义.使用NSGA-Ⅱ算法开展多目标优化设计,得到了同时满足静力学与动力学设计要求的推力室结构最优设计方案.最优设计方案的推力室质量减轻了9.1%,1阶固有频率值提高了22.6%,结果表明该方法能有效提高推力室的力学性能.