国外载人航天在轨服务技术发展现状和趋势分析

保证在轨和在研航天器能在复杂空间环境中长时间稳定运行,已成为空间技术发展的重要目标。20世纪60年代,研究人员提出了“在轨服务”的概念,由此开创了空间在轨服务技术这一新的领域。空间在轨服务（OOS）是指在太空中通过人、机器人（或类机器人航天器）或两者协同来完成涉及延长航天器、平台、空间站附属舱和空间运载器寿命及能力的空间装配、维护、维修等空间操作。     

访谈|周建平：中国空间站时代正式开启

正核心舱和空间实验室的区别:承担使命不同核心舱是中国空间站的控制舱段,是最重要的舱段。空间站建成后,在轨运行的组合体包括实验舱、载人飞船和货运飞船,组合体在轨运行涉及到能源、热、轨道控制以及有效载荷的管理等诸多方面,因此,作为空间站控制舱段,核心舱将发挥极为重要的作用。     

导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证

原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.     

"国际空间站"俄罗斯舱段的发展与应用研究

正自1998年11月"国际空间站"(ISS)第一个基础组件—俄罗斯曙光号(Zarya)功能货舱成功发射以来,ISS已成功在轨运行近21年,目前计划延期运营至2024年,并对站上设备进行全面评估,研究其是否具备延期工作至2024年以后的可能性。ISS俄罗斯舱段现阶段仍处于建造之中,目前由五部分组成,后续计划再发射3个舱段,对现有舱段进行补充,待ISS退役后,俄罗斯计划以部分在轨舱段为基础建造本国独立轨道站。为充分开展在轨应用,俄罗斯在ISS建造之初便制定了《"国际空间站"俄罗斯舱段计划开展的科学应用研究与实验长期规划》,确定了十个研究领域,此后不定期对规划内容进行更新,用以指导ISS俄罗斯舱段开展应用研究。俄罗斯发布的2018年版科学应用研究与实验长期规划中明确了六大研究领域,同时公布了299项计划开展及已经完成的实验项目。     

中国航天员太空行走四步曲

神舟七号航天员的具体出舱过程分为4个阶段,时间跨度很长:在轨组装、检查与训练段约为14.5小时;出舱准备与过闸段约为5.25小时,舱外活动段约为30分     

空间站机械臂研究

空间极端环境下, 大多数舱外活动必须借助于机械臂. 机械臂是国际空间站的主要组成部分, 其对空间站的在轨组装、外部维修以及运行起着至关重要的作用, 同时机械臂可以减少航天员在舱外的工作时间和频率. 通过对国际空间站成员国关于机械臂研究概况的介绍, 包括航天飞机机械臂、空间站机械臂、欧洲机械臂、日本实验舱机械臂以及德国机械臂, 为中国空间机械臂的设计提供参考.      

国外地球静止轨道在轨服务卫星系统技术发展概况

地球静止轨道（GEO）在轨服务技术在促进经济、国防和空间技术发展方面有重要意义。本文概述了国外在轨服务卫星系统技术研究进展,包括美国、欧洲及其他国家的GEO在轨服务研究计划和美国在轨服务关键技术的试验情况,从目标监视和导航测量、捕获连接、在轨服务机械臂和组合体动力学参数辨识及建模控制等方面介绍了在轨服务的关键技术进展情况。总结了在轨服务卫星系统技术的发展现状,提出了未来GEO在轨服务卫星系统技术的发展展望。     

“国际空间站”发展历程及后续规划

正1整体概况"国际空间站" (ISS)是由美国、俄罗斯主导,共有16个国家参与建造和运行的大型国际合作空间基础设施,是目前在轨运行的最大空间平台,支持微重力环境下的科学实验和长期的人类活动。自1998年正式开始建站以来,ISS已成功在轨运行二十余年。ISS于2011年基本完成大规模组件的组装工作,后续继续部署少量舱段进一步扩展其在轨能力。其总体设计采用桁架挂舱式结构,即以桁架为基本结构,     

美国新型航天服装备研制进展

正最近几年,美国政府加快了载人深空探索的步伐,2019年,更是宣布要提前在2024年实现载人重返月球、建立月球基地、载人火星探索的"阿尔忒弥斯"(Artemis)计划。其中,无论是航天员完成科学研究和考察,还是在轨服务、维修和相关操作,都需要配备能够适用于深空往返路途、月球表面或火星表面环境穿着的航天服装备执行关键任务。本文根据美国国家航空航天局(NASA)当前载人航天深空探索航天服装备发展规划,概述了当前重点进行的舱外航天服和舱内航天服型号研发工作进展,以及今后的发展方向。     

异彩纷呈的EVA

EVA是英语extravehicular activity(舱外活动)的缩写,也就是人们常说的“太空行走”。它与载人航天器发射入轨、在轨运行和安全返回,载人航天器变轨控制、交会对接和安全分离一起,被我国航天专家称之为载人航天的三大基本技术。当神舟六号取得圆满成功,我国载人航天专家透露,我     

面向在轨服务遥操作技术的研究与展望

回顾了面向在轨服务遥操作技术的发展现状。针对现代航天器对在轨服务的技术需求,分别从系统结构与体系结构、控制模式、控制技术等方面论述了面向在轨服务遥操作技术需要研究的主要关键技术问题。最后,对遥操作技术的未来发展进行了展望。     

舱外航天服热试验方法研究

舱外航天服采用主被动相结合的热控方式控制内部的温度,但其外形复杂,影响外热流的因素很多,因此舱外航天服热试验存在着与传统航天器热试验完全不同的特点。文章根据舱外航天服热设计的特点,对舱外航天服的地面热试验方法进行了比较分析和研究,论证了采用等效外热流模拟方法,通过进行舱外航天服系统漏热和散热能力的测试来验证热设计方法的合理性及热试验方法的可行性。     

一种通用的航天器在轨分离设计方法

随着空间探测任务的多样化和复杂化,利用单个航天器的多舱段实现多任务、多目标探测已成为航天技术的发展趋势。通常情况下,舱段分离信号将触发航天器的后续自主控制,直接影响航天器的自身安全和后续任务执行。本文从保证分离信号可靠和分离过程安全的角度提出了一种典型的分离信号配置与通用的分离信号触发控制逻辑,并建立了航天器在轨分离安全性数学模型。该模型和逻辑控制方法经过仿真分析和实际在轨飞行任务验证,确认了方法的可行性和正确性,可以作为后续航天任务的参考。     

基于学习的空间机器人在轨服务操作技术

发展具备全自主操作能力的在轨服务航天器是未来航天领域的重要方向,而赋予航天器自主学习能力是实现自主化操作的重要手段.本文首先对近年来国外在轨服务操作的重要研究计划和关键技术进行了分析,并系统论述了基于学习的机器人操作技术的主要理论和方法.然后,结合未来在轨服务的需求,对我们在此领域的初步研究成果“基于学习的在轨燃料补加控制系统”进行了介绍.最后,结合航天领域的特点,分析了基于学习的空间机器人在轨服务技术所面临的挑战和未来的发展方向.     

“国际空间站”航天员出舱活动医学保障主要结果

正空间站航天员出舱活动医学保障工作,是载人航天长期飞行医学保障的重点,也是空间站运营和发展的重要保障。本文主要以"国际空间站"俄罗斯舱段为背景,介绍了"国际空间站"航天员舱外活动的概况、舱外活动的工作组织原则与医学保障系统,阐述了舱外活动的减压安全保障措施、舱外活动期间航天员作息制度的特点,最后分析了"国际空间站"航天员舱外活动的主要结果。随着航天员舱外活动个体装备技术的完善及其功能可靠性的提高,舱外工作逐渐由短时行为变为航天员有     

圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

不断刷新纪录的女航天员

<正>美国女航天员佩姬·安妮特·惠特森在执行国际空间站第50批长期考察组任务期间,于2017年3月30日和同伴进行了舱外活动,这次历时6小时30分钟的舱外活动完成后,她创造了两项女航天员舱外活动新的世界纪录:舱外活动次数8次,超过了美国女航天员苏尼特·威廉斯保持的7次舱外活动记录;舱外活动累计时间达到53小时22分钟,超过了苏尼特·威廉斯保持的50小时40分钟记录。同时,佩姬·惠特森还创造了57岁年龄最高女航天员太空飞行世界纪录。     

圆轨道航天器在轨加注任务空间燃料站部署问题

在轨服务技术因在航天器故障修复、寿命延长及军事方面有重大辅助作用而越来越受到各航天大国的重视,作为在轨服务技术重要组成部分的在轨燃料补给技术也越来越受到关注。文章针对圆轨道航天器在轨燃料加注任务,将空间燃料站技术与多目标在轨加注技术相结合,对基于燃料站的在轨加注模式进行了研究,提出了一种基于聚类分析的在轨加注任务调度及优化算法。通过对双脉冲轨道转移问题的求解与分析,获得了轨道转移速度增量和轨道参数之间的关系,在此基础上分析了圆轨道航天器在轨加注任务调度问题,并根据调度模型的变量和约束关系,建立了圆轨道航天器在轨加注任务多目标规划模型,并采用免疫遗传算法对加注任务调度空间燃料站选址问题进行了研究。以30颗目标航天器的在轨加注任务为例进行了数值仿真,并由燃料消耗的计算结果验证了算法的有效性。     

俄罗斯航天员舱外活动地面模拟训练方法与设备

俄罗斯/苏联是最早实现舱外活动的国家,在舱外活动方面有大量、丰富的经验,多年来已形成了一套完整的训练体系。俄罗斯航天员舱外活动训练内容主要包括理论训练、单项实践训练、出舱程序训练和出舱任务训练。出舱和舱外活动训练的大型设备主要有中性浮力水槽、失重飞机、舱外活动训练模拟器、气压舱、航天员移动设备动力学制度模拟器、     

在轨服务软体机器人应用展望

软体机器人以其安全性高、功能多样、易于驱动等独特的优势，近些年来受到了广泛的关注。对软体机器人应用于未来空间在轨服务任务的设想，首先从现有用于在轨服务任务的空间机器人抓捕装置入手，分析了软体机器人用于在轨服务任务的可行性与优势，然后以软体抓捕装置为例，介绍了软体机器人的发展现状，最后提出了软体机器人用于在轨服务任务的建议。最终目标是通过将软体机器人引入在轨服务任务，提升我国在轨服务的智能化水平。