空间站在轨维修操作复杂度评价及试验验证

在轨维修是维持空间站在太空特殊环境安全运行的必要手段,太空特殊环境和空间站结构特点决定了空间站在轨维修任务的复杂度。在轨维修操作复杂度关系到空间站维修方案的优化、维修计划的制定、货运飞船的安排、航天员培训和空间站可维修性设计。然而,针对空间站在轨维修操作复杂度的评价研究较少。因此,提出了空间站在轨维修操作复杂度的概念,考虑了维修固有复杂度和外部影响因子2个方面,基于信息熵理论建立了复杂度评估模型。固有复杂度包括维修操作逻辑、维修动作规模、维修人机界面和维修操作知识,并借助信息熵完成以上4个方面的量化;外部影响因子包括操作空间、有无维修工具、时间压力、视觉遮挡和航天服影响,并利用分级打分制予以量化。为验证模型的有效性,基于地面模拟舱开展了12类产品维修验证试验,采集了受试者的维修动作及时间。实验数据分析表明,提出的模型能够较好地预测产品的维修耗时（相关系数为0.82）,并能较为合理地对空间站在轨维修操作复杂度进行量化分级。为在轨维修的开展、维修方案的评价、航天员乘组训练与安排和空间站设计更改提供方法指导。      

面向航天器嵌入式软件的在轨修复方法

航天器在轨运行的修复手段主要是软件的在轨修复.SPARC平台是我国航天领域应用最广泛的处理器架构设计.针对SPARC平台的航天器软件在轨修复问题,提出一种基于二次链接的方式生成在轨软件修复注入码的方法,解决在轨修复注入码重定位的问题.通过地面遥控注入,利用航天器在轨软件预埋的钩子函数,实现在轨函数模块的动态替换及恢复,大大提升SPARC平台软件的在轨修复能力.通过多个在轨航天器的实际工程应用,证明该方法是可行的和有效的,且具有良好的工程应用价值.     

航天器展开机构间接式主动热控设计方法

针对目前航天器展开机构直接热控实施的功能局限性和可靠性风险的问题,提出了一种采用间接控制点控制目标点温度的设计方法,并以某卫星展开机构的热控设计为例,对关键机构部位的热控设计进行了阐述。仿真分析、地面热试验与在轨数据结果均表明:该间接热控设计方法能够满足机构产品的控温需求,展开机构的顺利展开验证了此方法的正确性和合理性,可为以后机构产品的热控设计提供借鉴。     

考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究

针对低轨（low earth orbit,LEO）通信星座在轨重构问题，分析了低轨通信星座的特点，提出了4个重构指标，即全球平均覆盖率、燃料消耗均衡性、重构总时间和重构总速度增量，并分析了提高轨道高度的重构方式。采用基于分解的多目标进化算法（multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition，MOEA/D）对重构进行建模分析。结果表明，模型优化结果可以得出多组最优解，构成帕累托前沿，并得出燃料消耗均衡性最优的解，针对两种失效模式得出的重构总时间均为3.6×105s，速度增量方差分别为261.4m2/s2和293.4m2/s2，这些解均可恢复星座原有的覆盖性能，并使燃料消耗最为均衡。     

面向空间天线的TWF复合材料性能研究

利用碳纤维三向编织物（triaxial woven fabric，TWF）作为增强材料，与柔性基体材料硅橡胶复合，制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构，用于卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。采用复合材料细观方法，对碳纤维增强硅橡胶TWF复合材料进行了力学性能的研究。首先由纤维和基体的材料特性得到均质纤维束的材料特性；接下来考虑纤维束交织情况（起伏波动）建立由纤维束组成的单胞实体有限元模型；然后对单胞实体有限元模型进行均匀化分析，施加周期性边界条件，最终得到等效的均质材料特性；为满足天线反射器高性能需求，分析了碳纤维种类、纤维体积分数对单胞等效性能的影响规律。对该材料力学性能的研究，可以为其未来应用于大型高精度可展开天线反射器提供一定的理论依据。     

速率控制下的空间系绳的伸展

以地球同步轨道高度上的空间系绳的伸展为例,阐述了长度速率控制律中的参数对伸展过程的影响,控制律中参数选择的方法,最大系绳拉力的估算以及伸展过程中系绳应力的计算。     

适合一类动目标插拔操作的机械臂变阻抗控制方法

以在轨服务空间机械臂执行一类动目标精细盲插拔操作为研究对象,针对机械臂末端与不确知动态变化插拔位置的柔顺跟随问题,提出了一种根据实际接触力与期望接触力的关系动态调整阻尼参数的变阻抗柔顺随动控制算法,实现了对不确知动态变化插拔位置的柔顺跟随。针对机械臂末端与插座底部接触后的反复碰撞问题,提出了一种根据碰撞次数实时改变惯性参数和阻尼参数的变阻抗稳定接触控制算法,实现了机械臂末端的快速稳定并保持在期望接触力范围之内。数学仿真和地面六自由度机械臂实验验证表明,与固定参数的阻抗控制相比,两种新算法分别能有效降低插拔目标动态变化给系统造成的两个不利影响,有助于顺利完成柔顺盲插拔操作任务。     

航天器太阳帆板展开过程的最优控制

本文讨论航天器太阳帆板展开过程中主体姿态的最优控制问题. 利用多体动力学与最优控制理论建立数学模型, 考虑系统的非完整约束特性, 提出太阳帆板展开过程的最优控制算法. 通过数值仿真, 表明该方法对太阳帆板展开姿态控制的有效性.      

航天器柔性主动展开技术与应用进展

针对柔性主动展开技术在航天领域应用过程中的关键问题,调研了航天器柔性主动展开技术的应用现状,并从功能特性和展开形式对航天器柔性主动展开装置进行了分类。通过对航天器柔性主动展开装置工作过程中关键环节的剖析,明确了航天器柔性主动展开技术的技术内涵,归纳形成了折叠包装技术、柔性结构展开过程动力学分析、刚-柔耦合系统动力学分析等技术难点与关键技术。之后,对柔性主动展开技术在基础技术理论方面的关键技术进行了分析总结,梳理了柔性主动展开技术在相关领域广泛工程应用还需攻克的关键技术难题,并对相关研究方向的发展提出了建议,以期能牵引相关技术方向的发展。文章最后,对柔性主动展开技术在各应用领域的应用前景和技术发展进行了展望。     

航天器多遥测数据流实时优选设计与实现

针对航天器在轨支持过程中多路遥测数据流的实时优选需求,尤其是对不同信道下传的不同频率遥测数据的优选要求,文章在综合考虑数据质量、连续性、收帧率、权重等因素后,设计了一种遥测数据流质量评价函数。以此为基础,提出了一种基于时间片轮转的多路遥测数据流实时优选方法,通过对一个时间片内各路待选遥测的质量综合评价,选择出最优结果作为下一个时间片数据优选输出,其计算复杂度低、实时性好,能够将自动优选与手动优选有机结合。经"天和"核心舱、天舟二号货运飞船和神舟十二号载人飞船的在轨遥测优选任务验证,结果表明:该方法能够很好地完成不同数据流的质量评价和比较选优,同时规避了数据流频繁切换可能带来的数据抖动,提供了高质量的输出结果,是一种航天器多路遥测数据流实时优选的高效途径。