运载火箭气液组合连接器动态自动对接技术

为实现未来重型运载火箭地面组合连接器与箭上接口的自动对接，提高发射准备流程安全性、可靠性，降低人员保障要求，开展了组合连接器自动对接的技术研究及总体策略分析，提出了由检测、智能控制、位姿调整系统组成的技术方案及非接触式检测+主动位姿调整+被动随动的自动对接策略，并开展了组合连接器自动对接试验系统研制，进行了组合连接器自动对接、低温加注、自动分离等全流程试验验证工作。结果表明:自动对接装置检测、智能控制、位姿调整等各项功能正常，自动对接策略准确、可行，解决了大载荷组合连接器在箭上接口大范围、高速运动条件下的自动对接难题，综合跟踪范围达±600 mm，综合跟踪速度达500 mm/s，各综合工况下完成自动对接时间约为3~5 min。      

航天器对接六维试验台内装式重力平衡技术

为试验台主动对接环的重力平衡,研究了一种响应速度快、平衡力精度高,装在对接机构内部,适应高、低温环境的内装式重力平衡装置.介绍了有关技术:主动环实现三轴转动的球铰吊装机构;能够高速度、高精度地提供重力平衡力,并能实现自动随主动环上、下运动的智能型重力平衡技术;保证平衡器随主动环随动的轮轨式二维平动技术,经轻量化设计,其摩擦阻力和惯性阻力很小,并对轮/轨式方案进行了试验,当量摩擦系数仅为0.004 17.预计所研究装置的响应时间小于10 ms,各向失重模拟误差一般为1%~2%.      

导弹数字化对接系统动态测量算法设计及对接试验研究

针对我国导弹生产过程中舱段对接精度差、效率低且一致性差的问题,提出了一种结合激光跟踪仪及Steward平台的导弹数字化对接系统。在基于激光跟踪仪的动态测量方面,提出采用阵列靶球和T-Probe相结合的测量方式,通过对阵列靶球的测量获得高精度基准,通过对T-Probe的测量实现动态测量,从而实现对导弹舱段的高精度且高动态测量。基于所提出的导弹数字化对接系统,进行了导弹舱段数字化对接试验。试验结果表明,导弹舱段间导向销的径向峰值偏差为0.26mm,姿态峰值偏差为0.015°,能够满足导弹对接导向销的安全对接条件,对接时间小于25秒,提高了导弹舱段对接的精度及效率。     

Automatic orbital docking with tumbling target using sliding mode control

The present study aimed to propose translational and rotational control of a chaser spacecraft in the close vicinity docking phase with a target subjected to external disturbances. For this purpose, two sliding mode controls (SMC) are developed to coordinate the relative position and attitude of two spacecraft. The chaser is guided to the tumbling target by the relative position control, approaching in the direction of the target docking port. At the same moment, the relative attitude control coordinates the chaser attitude so that it can be aligned with the target orientation. These control systems regulate the relative translational and rotational velocities to be zero when two spacecraft are docking. The robustness of the closed-loop system in the presence of external disturbances, measurement noises and uncertainties is guaranteed by analyzing and calculating the control gains via the Lyapunov function. The simulations in different scenarios indicated the effectiveness of the controller scheme and precise maneuver regarding the accuracy of docking conditions.     

直线电机气浮精密定位平台设计与控制

为了掌握光刻机工件台的设计和控制技术,建立了双边直线电机驱动的H型气浮精密定位平台,对该精密定位系统的气浮导轨设计方法、双边直线电机同步运动控制等关键技术进行了研究.利用有限元计算方法分析设计了气浮导轨,采用预加载技术提高气浮导轨的承载能力和刚度.实验结果表明:气浮导轨具有较高的承载能力和刚度, X和Y 导轨的竖直方向静刚度为276.9N/μm和333.3N/μm.H型工作台的双边直线电机需要高精度的同步运动控制,传统的串、并联同步控制不能满足精度要求,设计了基于同步速度偏差的改进型并联结构同步控制器,采用模糊控制实现PID参数的自适应整定.实验表明:采用改进的控制器将速度同步精度提高了3倍多,适合于具有强机械耦合的多电机同步运动控制.H直线电机气浮定位平台具有承载能力强(40kg)、精度高(<2μm)的优点,可用于精密工程领域.      

整流罩分离过程中运动位姿测量技术研究

针对整流罩分离过程中的空间目标三维位姿跟踪测量,设计了双目视觉测量系统,完成整流罩关键点的空间三维坐标测量。基于各特征点的图像处理、识别及跟踪测量算法,结合极线约束匹配,实现目标点的精确立体匹配,可完成不同目标特征点的三维空间坐标解算,进而获取不同运动姿态时的速度、加速度等关键信息,为整流罩机械设计、动力学设计提供参考依据。     

基于CEI的航天器交会对接段的轨道监控

文章探讨了CEI技术在飞船交会对接远程导引段的实时监控的能力,采用单一绝对滤波器的方案进行实时轨道计算,仿真结果表明：采用滤波稳定后固定模糊度的方法可以提高轨道的滤波解精度,相对轨道位置精度可达十米级,速度精度可达厘米每秒级,满足远程导引段的精度指标。     

线结构光传感器的数学模型及其测试方法

研究了线结构光传感器的数学模型，并给出了齐次坐标系下的表达形式。根据线结构光传感器的特点，提出了一种用简单的齿形靶及一个一维工作台实现求光平面在摄像机坐标系的位置参数的高准确度的测试方法，解决了对抽象光平面的瞄准问题。通过实验验证，证实了这种测试方法的可行性。     

一种星下点精确重访约束下的轨道设计方法

针对给定星下点的精确重访轨道设计,提出了一种已知两星下点精确重访约束下的圆回归轨道设计方法。分析了卫星的地心矢量同星下点地心矢量的关系,将精确星下点重访约束轨道设计问题转换为惯性坐标系内的一个动矢量同动坐标系内一个定矢量在惯性系下的重合问题。建立了不同轨道参数各自对应的目标函数,通过对目标函数零点的搜寻确定相应轨道参数,完成轨道设计。计算及仿真结果表明,所提出的构造目标函数并搜索零点的方法能够设计出满足约束条件的轨道,达到了预期目标。     

基于扩展卡尔曼滤波的舰机相对位姿估测

通过将基于扩展卡尔曼滤波的长序列图像分析方法与单目视觉技术相结合,把无人机自主着舰视觉导引中舰机间相对位姿的估测,转化为机载摄像机对着舰靶标平面3D位姿的实时估测问题.首先根据透视投影理论,建立了以摄像机的透镜中心为原点且Z轴与光轴重合的摄像机坐标系和世界坐标系,然后利用机载摄像机连续拍摄的靶标图像序列,选择描述相对运动的3个欧拉角、平移向量及它们的速度作为状态变量;由靶标角点的提取和帧间匹配,建立了反映着舰靶标上特征点的图像坐标和状态变量之间关系的观测方程,带入扩展卡尔曼滤波器,估测出舰机的相对运动参数.计算机数据仿真和基于DSP平台的半实物仿真试验验证了算法的有效性和鲁棒性.      

Low-energy near Earth asteroid capture using Earth flybys and aerobraking

Since the Sun-Earth libration points L₁ and L₂ are regarded as ideal locations for space science missions and candidate gateways for future crewed interplanetary missions, capturing near-Earth asteroids (NEAs) around the Sun-Earth L₁/L₂ points has generated significant interest. Therefore, this paper proposes the concept of coupling together a flyby of the Earth and then capturing small NEAs onto Sun–Earth L₁/L₂ periodic orbits. In this capture strategy, the Sun-Earth circular restricted three-body problem (CRTBP) is used to calculate target Lypaunov orbits and their invariant manifolds. A periapsis map is then employed to determine the required perigee of the Earth flyby. Moreover, depending on the perigee distance of the flyby, Earth flybys with and without aerobraking are investigated to design a transfer trajectory capturing a small NEA from its initial orbit to the stable manifolds associated with Sun-Earth L₁/L₂ periodic orbits. Finally, a global optimization is carried out, based on a detailed design procedure for NEA capture using an Earth flyby. Results show that the NEA capture strategies using an Earth flyby with and without aerobraking both have the potential to be of lower cost in terms of energy requirements than a direct NEA capture strategy without the Earth flyby. Moreover, NEA capture with an Earth flyby also has the potential for a shorter flight time compared to the NEA capture strategy without the Earth flyby.     

基于激光位移传感器的物体表面形貌测量系统

为了对物体表面形貌进行精准的无损测量,设计了一种基于激光位移传感器的物体表面形貌测量系统,该系统由硬件部分和软件部分组成,硬件部分包括激光位移传感器、光栅位移平台、PCL833三轴正交编码计数器卡,软件部分包括数据采集软件和MATLAB数据处理程序。被测物体在光栅位移平台上按一定的轨迹移动,数据采集软件将X、Y、Z方向的离散点坐标数据进行存储,最后采用高斯滤波,由MATLAB程序对数据进行处理,并绘制被测物体的三维形貌图。