基于模型的系统工程方法在载人航天任务中的应用探讨

针对基于文档的航天任务设计中设计数据分散、一致性差、跟踪难度大等问题,引入了基于模型的系统工程(MBSE)方法。首先,介绍了MBSE方法理念,即通过构建图形化的模型来支持系统的需求捕获、设计、分析、验证和确认等全生命周期活动。然后,给出了MBSE方法的一般工作流程,即先构建系统的需求模型,用于指导功能模型、物理架构模型等的构建,按照事先制定好的逻辑规则建立模型间的关系,依靠模型间的关系实现设计过程中的关联性分析、参数查询等工作。最后,应用MBSE方法于载人飞船交会对接任务中。结果表明,此方法改善了人员沟通,提高了设计效率,降低了设计风险,可为MBSE方法在航天任务设计中的进一步应用提供参考。     

高超声速气流非结构化网格DSMC算法研究

高超声速气动热力学环境的研究是直接涉及飞行器轨道控制、热防护设计的关键问题之一。文章通过研究稀薄气体热化学非平衡态中的热力学环境,采用非结构化DSMC程序对“火星探路者号”（Mars Pathfinder）探测器的Ballute减速装置在地球大气层和火星大气层中的高超声速飞行进行了数值模拟,计算得到了流场的温度分布、探测器壁面的热流密度分布,分析表明稀薄气体热化学非平衡态对飞行器流场有影响。将仿真结果与NASA兰利研究中心的计算结果作了比较,二者吻合很好。研究结果可用于飞行器热防护设计。     

基于虚拟落点策略的月球返回飞船再入制导方法

针对长航程大偏差状况下阿波罗再入制导算法的精度退化问题提出改进,采用数值预测-校正方法规划和调制线性参数化的倾侧角剖面,给出了一种在全航程包络内适用的月球返回飞船再入制导方法。引入虚拟落点策略,在一次再入段利用算法预测能力预测二次再入段初始侧向偏差并进行前馈补偿,给出了简便有效的虚拟落点瞄准程序。大偏差任务想定下的蒙特卡洛仿真分析表明,该算法在3000km到10000km的再入航程范围内,能够确保偏差小于3km的落点精度。     

基于人工免疫算法的地球-火星小推力转移轨道优化

利用人工免疫算法研究了地球-火星小推力转移轨道优化问题。首先针对地球-火星转移轨道的特点建立系统模型并进行归一化处理;然后通过参数化和罚函数将小推力轨道优化问题转化为非线性规划问题;最后提出一种引导型人工免疫算法(Guiding Artificial Immune Algorithm,GAIA)并对该优化问题进行寻优。仿真算例表明,该算法收敛速度快,寻优精度高,且避免了初值敏感、病态梯度和局部收敛等问题;同时验证了GAIA用于小推力轨道优化的有效性。     

航天器运输用包装箱被动保温性能分析

对某航天器及其包装箱整体建模,采用FLUENT软件对模型进行流动与传热耦合计算。采用瞬态求解分别计算了三种工况下包装箱的被动保温性能。通过求解发现,对于两种极端工况,包装箱被动保温4小时后能够保证箱内温度维持在0℃～40℃的要求范围内,说明包装箱的保温性能满足要求,能够在运输过程中对航天器进行有效地保护;对于第三种工况的求解,发现该包装箱在极冷和极热环境下,被动保温所能维持的时间均不会超过12个小时。     

基于金星探测机械展开式进入飞行器技术述评

传统的金星进入飞行器存在弹道系数高、热流密度高、过载大等缺点,对热防护系统和设备的要求比较严苛。针对金星探测的任务需求,美国提出了一种基于机械展开式结构的金星进入飞行器,该飞行器发射时处于折叠状态,进入时展开形成较大的气动面,可以显著地降低弹道系数、热流密度、过载等。文章介绍了该飞行器的结构组成和展开过程,对机械展开式进入飞行器的研究现状进行了介绍,重点对比了机械展开式进入飞行器与传统形式的不同,通过对构型、工作流程、效果的对比,可以看出机械展开式进入飞行器在金星探测上具有很大的优越性,最后对其优势进行了总结,并提出了未来需要研究的问题。     

有人月球基地构型及构建过程的设想

与传统航天器设计不同,有人月球基地涉及构型与构建、能源、月面移动、资源利用等诸多方面。文章在对国外有人月球基地不同构型对比分析的基础上,提出了我国有人月球基地方案设想,包括刚性舱构型、刚性+柔性舱构型、建造式构型和综合式有人月球基地方案,并进一步提出了有人月球基地构建过程设想,可为我国未来有人月球基地建设提供参考。     

载人飞船有效载荷搭载技术及试验验证

载人飞船飞行任务中搭载的有效载荷设备质量、体积大并且安装要求苛刻,而返回舱内空间狭小且舱内环境复杂。针对这个问题,文章提出了通过改装返回舱座椅作为有效载荷搭载安放的方案。经过试验验证表明,该方案对飞船的影响很小,并且满足有效载荷设备搭载要求。     

航天用SRAM型FPGA抗单粒子翻转设计

采用SRAM工艺的FPGA因其性能优异,在空间领域的应用受到重视;但是在空间环境中,SRAM型FPGA易受单粒子翻转的影响而导致逻辑故障或功能中断。文章提出对该类芯片的配置逻辑部分采用回读比较后刷新、对其BRAM部分采用通用自纠错宏的抗单粒子翻转（SEU）设计方案,在牺牲一定的器件性能的情况下,能达到较好的抗辐射效果。     

航天器仪表与照明分系统设计和发展

航天器仪表与照明分系统承担着飞行器与航天员信息交互的任务,为航天员在轨工作、生活提供支持。分系统功能包括信息显示提示、越限报警提示、手动操作、工作生活照明、休闲娱乐等。文章给出了航天器仪表与照明分系统设计思路及分系统设计组成;分析了分系统技术应用情况;对应航天器设计和应用结果,提出了后续航天器的技术发展思路和设想。