轨道维持与调相的综合优化策略研究

在交会对接飞行任务设计研究中必须首先确定目标航天器的轨道设计策略,研究了一种将目标航天器轨道维持和调相两种任务进行综合优化的策略.轨道维持的任务是使得目标航天器轨道的形状和位置符合交会要求,调相的任务是使目标航天器在轨道中的初始相位角符合交会要求.在考虑了交会对接发射窗口、交会终端约束条件下,将目标航天器轨道设计问题转化为一个非线性规划问题,应用序列二次规划方法对其进行了求解.仿真计算表明,这种方法既能以较少变轨次数满足交会对接任务要求,又能节省燃料,为空间交会对接任务规划提供了重要参考.     

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型。仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响。通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性。说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考。该系统已经得到实际应用。     

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多.仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高.探索新的、有效且经济的测控模式势在必行.天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题.在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证.验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求.      

基于云计算的航天操作系统中的任务分区与迁移关键技术研究

云计算是一种按需提供资源的模式,虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源,解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求,设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验,验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

空间激光干涉引力波探测器轨道修正方法

针对空间激光干涉引力波探测器轨道修正问题，提出一种基于虚拟编队构型设计的航天器轨道修正方法。空间激光干涉引力波探测器由3颗航天器组成等边三角形构型。由于入轨误差和摄动的影响，探测器的构型不稳定。假设名义轨道上运行着一颗理想航天器，实际轨道上的真实航天器与之组成虚拟编队，探测器的3颗真实航天器分别与对应的理想航天器组成3个虚拟编队。考虑探测器构型稳定性要求和摄动的影响，对虚拟编队的构型进行设计，进而求解航天器平均轨道要素修正量。求解得到的航天器平均轨道要素修正量小于偏差量，轨道修正通过四脉冲控制实现。数值仿真结果表明，该方法通过部分轨道修正满足了探测器的构型稳定性要求，具有减少燃料消耗、延长任务寿命的潜力。      

基于云计算的航天操作系统中的任务分区#br# 与迁移关键技术研究#br#

云计算是一种按需提供资源的模式，虚拟化是云计算实现按需服务的基础.基于云计算的航天操作系统使得任务可以根据任务需求分配不同的物理资源，解决了航天器小型化趋势下如何充分利用物理资源的问题.本文通过虚拟化容器实现航天操作系统对分区的要求，设计了合理的任务调度和容器调度方案.通过仿真实验，验证了调度方案在满足航天操作系统对容错要求的同时,提高了航天器物理资源的利用率和负载均衡.     

载人航天器电动兼手动舱门的研究

为了适应载人航天出舱活动和交会对接技术的发展,需要研究一种既能在轨保持良好密封性能、又能实现电动兼手动操作的高可靠舱门机构。在分析了载人航天器舱门特点的基础上,提出了一种新型电动兼手动操作的舱门锁紧与开锁机构方案,设计了电动/手动切换机构,借用Pro/E软件对各零件进行三维造型和装配,并通过ADAMS软件进行了舱门机构的运动学仿真。模装与仿真结果表明,该电动兼手动舱门能够实现其预期的运动,无结构干涉,具有操作简单、操作力小、传动效率高的特点。     

基于遗传算法的航天器再入动态终迹圈研究

为实现航天器安全准确地沿最优飞行轨迹再入,对航天器再入飞行过程中任意时刻飞行状态,在满足所有约束条件下,计算航天器所能达到的地面最大着陆区域,以判断该时刻飞行器能否到达预定着陆点。文章采用改进的遗传算法对航天器再入飞行轨迹进行优化,结合再入动态终迹圈计算方法,实现再入动态终迹圈的仿真计算。通过对仿真结果的对比分析,得到再入动态终迹圈及相应再入飞行轨迹的特性,对航天器再入飞行制导及航迹规划具有一定的借鉴意义。     

基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.      

基于日地月信息的航天器全弧段自主容积卡尔曼滤波导航

高精度全弧段航天器自主导航是航天应用技术的发展方向,是实现航天器在轨任务执行的前提和基础。文章对仅利用日、地、月等天文信息进行航天器全弧段自主导航方法进行了研究。首先,以航天器轨道动力学方程和航天器与日地月之间的夹角信息及地心距作为自主导航系统的状态模型和观测模型,构建了非线性导航系统模型。其次,给出了全弧段自主导航算法,在日月可见弧段采用非线性容积卡尔曼滤波实现航天器自主导航,在星蚀时段利用航天器轨道动力学模型进行高精度轨道预报。最后,给出了数值仿真算例。结果表明,基于日地月天文信息的航天器全弧段自主导航精度保持在2km以内,能够满足其自主导航的要求。     

伺服动力电源技术发展概述

近年来，机电伺服系统在航空、航天领域得到了广泛应用，逐渐形成了新的推力矢量控制和舵面控制实现方式，并推动了伺服动力电源的多样性发展。研究了国外运载火箭、导弹及飞机伺服动力电源技术的发展现状，梳理了各类场景中伺服动力电源的应用特点及未来需求，对比了常见的热电池、锌银电池、锂离子电池及涡轮发电等各类伺服动力电源的技术特点，并提出了高电压、高比功率、高比容量（新型电池，涡轮发电）、一体化/智能化/高可靠等伺服动力电源技术的未来发展方向。     

深空探测推进技术发展趋势

推进技术是制约深空探测能力的重要因素,由于深空探测航天器自身特点和任务需求的多样性,对推进系统类型的要求也不尽相同,需要在推力、比冲、功率、重量等关键指标选择方面进行综合衡量。对当前和未来适用于深空探测任务需求的几种典型空间推进技术的发展情况进行了阐述,包括混合模式推进技术、太阳能电推进技术、空间核电推进技术、帆类推进技术等,介绍了这些技术的研究进展和应用情况,并对后续应用进行了展望,为我国深空探测推进技术发展提供参考。     

高动态电动伺服系统多模复合控制技术

针对未知扰动下电动伺服系统高动态响应与高精度控制难题，在建立电动伺服系统特征模型基础上，提出一种基于时间最优控制与滑模控制结合的多模复合控制算法。该方法通过开展基于电动伺服系统精准动力学模型与环境特性的特征建模分析，详细阐述了时间最优控制算法与滑模控制算法的设计方法及其适用区间，并进行系统仿真验证。仿真结果表明：本文提出的多模复合控制算法能有效提升电动伺服系统动态响应速度与稳态精度，实现了未知扰动下高动态高可靠地稳定运行。     

航天器测试需求描述及其自动生成

航天器作为一个典型的安全苛刻系统,其可信性研究需求迫切,支持可信性评估的数据来自于航天器测试用例的执行,而航天器测试需求是测试用例生成的重要依据.在实际应用中,对航天器这类复杂系统,面临测试需求庞杂、测试需求编制周期长、人工经验编制方式难以保证测试需求的充分性、完备性及可复用性等问题.针对这些问题,通过分析航天器组织结构特点,建立航天器形式化模型,基于航天器测试任务流程,给出了航天器静态测试需求和动态测试需求形式化描述规范,并给出航天器测试需求自动生成方法,保证了测试需求的充分性和完备性,提高了测试需求复用性,与人工编制方式相比,缩短了测试需求编制周期.最后设计并实现航天器测试需求生成应用系统,验证所提出方法的有效性.      

嫦娥四号着陆器载荷电控箱地面测试系统设计

航天器电子设备的地面综合测试是航天器研制过程中的重要环节，对设备功能验证及性能评估具有重要作用.传统的地面综合测试系统可重用性差，导致研制周期长且人力、设备投入较大.嫦娥四号着陆器载荷电控箱的地面测试系统采用模块化、可重用和CPU+FPGA单机集成体系结构，是集供配电测试、1553B通信总线仿真测试、间接指令测试、异步串口通信测试、实时数据处理等功能于一体的综合测试系统，适用于航天器电子设备单板调试、单机测试、软件配置项测试以及环境模拟试验等不同类型的测试.通过嫦娥四号着陆器载荷电控箱各项接口、功能、性能指标等的测试，证明该系统满足支持设备单机调试、软件配置项测试、状态确认和问题排查等测试需求，有力支撑了嫦娥四号着陆器载荷电控箱的单机设备研发，为嫦娥四号着陆器任务实施提供了有效保障.      

大型控制力矩陀螺动力学精细建模与仿真

控制力矩陀螺（CMG,control moment gyro）系统存在多种误差与扰动,影响航天器的姿态控制精度.分析了大型单框架控制力矩陀螺（SGCMG,single gimbal control moment gyro）各主要组成部分的特性、误差及扰动,包括转子动静不平衡、转子轴的安装误差、轴承摩擦、转子电机特性、框架电机特性和谐波减速器特性.通过建立大型SGCMG的动力学精细模型并进行数学仿真,得到了大型SGCMG主要误差与扰动对其输出力矩的影响：在框架伺服系统加装谐波齿轮减速机构可以明显提高SGCMG输出力矩精度,同时也给框架带来高频谐振;转子动不平衡造成的扰动力矩是导致SGCMG在其力矩输出轴和框架轴方向产生输出力矩偏差的主要原因.     

航天器附件联动展开机构优化设计

根据航天器附件展开运动功能要求,对联动展开机构进行了尺度综合,确立了一组独立的设计参数,推导了满足收拢和展开状态下基板位置要求的联动展开机构数学模型,并建立了参数化的机构展开动力学仿真模型,以对附件展开运动功能及动力学特性进行分析和验证,从而实现了机构的参数化设计与分析.在此基础上,以展开全程所需的最大驱动力矩最小化为目标,以满足收拢状态整体结构尺寸包络为约束条件,建立了联动展开机构优化模型,根据该优化问题的非线性特征以及设计空间的不连续性,采用模拟退火算法进行优化求解,最终得到了机构的最优尺寸,从而达到了降低展开驱动力矩、改善机构动力学性能的目的.     

航天器受迫绕飞构型设计与控制

针对航天器在轨服务任务对绕飞技术的要求,研究了航天器受迫绕飞构型设计和控制问题。基于C-W(Clohessy-Wiltshire)方程的解析解,提出了双水滴拼接绕飞构型,并将单脉冲或双脉冲受迫绕飞延展至多脉冲绕飞构型设计;推导了伴随航天器初始状态变量与绕飞构型形状参数的关系,得到了4种构型的解析表达式和脉冲控制策略。通过数值仿真算例验证了设计的4种绕飞构型能够实现伴随航天器的慢速绕飞和快速绕飞,比较了不同绕飞构型的燃料消耗和绕飞距离误差。数值结果表明,双水滴拼接绕飞构型总脉冲最小。研究成果完善了航天器受迫绕飞构型设计与控制的相关理论,为工程应用提供参考。     

航天器控制的现状与未来

航天器控制技术是决定航天器发展水平的关键技术之一.针对不同航天活动对航天器控制的特殊要求,分析了高性能卫星、载人航天器、月球探测器和深空探测器等航天器控制的现状.杨嘉墀院士指出航天器控制必将走向智能自主控制之路.进一步提出,航天器智能自主控制应秉承"理论方法、系统结构、器部件要同步研究"的思想和方法.从目前应用情况看,北京控制工程研究所提出的基于特征模型的智能自适应控制方法是大有前途的方法.