Crew autonomy for deep space exploration: Lessons from the Antarctic Search for Meteorites

Future piloted missions to explore asteroids, Mars, and other targets beyond the Moon will experience strict limitations on communication between vehicles in space and control centers on Earth. These limitations will require crews to operate with greater autonomy than any past space mission has demonstrated. The Antarctic Search for Meteorites (ANSMET) project, which regularly sends small teams of researchers to remote parts of the southern continent, resembles a space mission in many ways but does not rely upon a control center. It provides a useful crew autonomy model for planners of future deep space exploration missions. In contrast to current space missions, ANSMET gives the crew the authority to adjust competing work priorities, task assignments, and daily schedules; allows the crew to be the primary monitor of mission progress; demands greater crew accountability for operational errors; requires the crew to make the most of limited communication bandwidth; adopts systems designed for simple operation and failure recovery; and grants the crew a leading role in the selection and stowage of their equipment.     

月食对环月卫星运行影响及对策分析

从月食与环月卫星的关系出发，讨论了月食对卫星的影响机理。针对如何尽量缩短卫星进入地影时间的问题，给出了相位调整的概念和原理，同时介绍了卫星有效进影时间的概念，说明了相位调整方法的可行性。最后通过实例应用给出了相位调整的效果。文章所介绍的分析和控制方法对于环月卫星具有较广泛的适用性，可以在我国后续的月球探测任务中作为参考依据。     

航天器相对运动建模及周期性相对运动求解

面向航天器编队飞行的需求,对椭圆参考轨道航天器非线性周期相对运动条件进行研究,提出了确定椭圆参考轨道编队航天器非线性周期性相对运动条件的新方法。首先,考虑非线性、椭圆轨道等因素,通过哈密尔顿-雅可比(HJ)方程和正则摄动理论,推导了在任意非线性摄动下相对运动的模型和获得不需消耗任何燃料的周期性相对运动轨道的条件;然后,采用时域配点法,结合改进的列文伯格-马夸尔特(LM)法对周期性相对运动的初值进行求解;最后,设计数值仿真算例,利用上述条件,得到不消耗任何燃料的周期性绕飞轨道,由此验证了本文所提模型和方法的正确性。     

Route generation and description using the notions of object's influence area and spatial conceptual map

In the GRAAD Project we aimed at creatinga system which could generate route directions thatare comparable to route directions created by humanparticipants. With this goal in mind, we started froma linguistic and cognitive study of route directionsproduced by people and the study of cognitive modelsof mental maps. We proposed a new qualitative spatialmodel that can support the spatial properties of humanroute directions. This model is based on the notion ofobject's influence area which is used to modelneighborhood, orientation and distance. The proposedapproach relies on the manipulation of spatialentities in a spatial conceptual map (SCM) which isthe computarized analog of a mental map used bypeople. We developped the GRAAD System, software thatgenerates routes in a SCM and describes them innatural language. Finally, we conducted an experimentin order to compare GRAAD's route directions androutes described by human participants in similarexperimental conditions. GRAAD's output was notdistinguishable from route directions created by humanparticipants. In this paper we present the mainresults obtained during all phases of the GRAADProject.     

基于混合遗传算法的多冲量最优变轨

针对航天器多冲量最优变轨问题,建立了多冲量最优变轨的数值优化模型,给出了一种遗传算法(GA)与序列二次规划算法(SQP)结合的混合优化算法.该算法不需初值猜测,全局和局部搜索能力强并且计算效率高.仿真计算了燃料最优交会和时间最短拦截问题,比较了GA,SQP以及混合遗传算法的性能.针对混合遗传算法得到的不同冲量次数变轨的优化结果,分析了冲量次数对变轨性能指标的影响.结果表明混合遗传算法综合性能最高,冲量次数对不同性能指标的影响不同.仿真算例验证了模型和算法的有效性.     

雷达间电磁兼容预测判决模型研究

本文基于雷达间电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility,EMC）的考虑,提出了一种与雷达性能相关的兼容性判决模型。与以往用于EMC判决的干扰余量等概念不同,将干扰信号强度与雷达性能指标参数联系起来。对两者间的关系进行量化分析,从而确切了解雷达间的电磁兼容问题,使EMC预测更有实际意义。     

基于全局Newton-Raphaon方法的弹流润滑分析

基于全局Newton-Raphaon方法对滑动轴承的弹流润滑性能进行了数值摸拟。比较了弹性变形对连杆大头轴承最小油膜厚度和最大油膜压力的影响。结果表明:全局Newton-Raphaon方法很好的解决了收敛困难,程序运行时间长的问题;考虑表面弹性变形的连杆大头轴承与刚性轴承相比,最小油膜厚度与最大油膜压力的变化趋势相同;一个工作循环内,弹性轴承的最小油膜厚度略大于刚性轴承,而最大油膜压力则明显减小。     

超低轨道地球卫星脉冲星/星光折射/光谱组合导航

针对超低轨道地球卫星导航自主需求,提出了一种脉冲星/星光折射/光谱测速组合天文导航方法。首先根据地球超低轨道卫星运行轨道动力学方程建立导航系统状态模型;分别根据脉冲到达时间差和星光折射角与天体光谱频率建立导航系统量测模型;使用Unscented卡尔曼滤波方法,降低随机误差对导航精度的影响,使用基于UKF的信息融合方法,有效融合了三种天文导航方法结果数据。经计算机仿真分析,该组合导航方法位置导航误差均值为85.62m,速度误差均值0.190m/s,能够满足超低轨道地球卫星在轨运行导航需求。     

自由返回轨道的P平面参数快速设计方法

针对自由返回轨道求解过程中地心轨道类型变化造成的B平面参数方法计算失败问题,提出一种基于P平面参数的自由返回轨道快速设计方法。首先,基于轨道半通径参数的普适性,给出了不同轨道类型的P平面参数定义,建立了以P平面参数为求解目标量的自由返回轨道求解模型。其次,给出了基于P平面参数的自由返回轨道快速设计方法,在构建的瞬时地月惯性系下,以平面双二体自由返回轨道作为初值,实现了高精度力模型下的自由返回轨道快速求解。对8种构型自由返回轨道的设计结果表明,P平面参数具有类似于B平面参数的大收敛域,且有效解决了轨道类型变化对计算的影响,可直接应用于中国后续月球探测任务轨道设计。     

改进PointNetLK的点云智能配准与位姿图优化方法

针对空间在轨服务任务中的非合作目标相对位姿测量问题,提出一种目标可测部位点云的智能配准方法。首先,通过Straight Through滤波算法对半物理仿真平台采集得到的点云进行目标提取,以消除背景数据等杂乱信息;其次,改进PointNetLK神经网络点云配准算法,将提取后的点云数据作为输入,从而获得初步配准结果,解决非合作目标先验信息缺失导致的无法配准问题;最后,建立基于位姿图的优化模型,以降低配准误差,提高配准精度。实验结果表明,与传统迭代最近点(ICP)算法相比,配准综合误差从6.3598降低到1.7291,精度提高约 72.81% 单次耗时从33.16 s降低到4.2 s,效率提升约87.33%,与当前SM ICP等其他算法相比,也具有一定的优势。