美国在轨制造技术发展现状及启示

介绍了美国空间焊接、空间增材制造等技术的发展情况,总结了美国在相关领域的研究热点,包括新型的空间在轨焊接方法、下一代多功能3D打印系统、增材制造实现空间大型结构在轨制造技术等,论述了美国在轨制造技术发展对我国在轨制造技术研究的几点启示。研究结果可为我国在轨制造技术未来研发决策布局提供参考。     

直驱式两指型在轨捕获装置控制器设计

针对非合作目标的在轨捕获，本文设计了一种直驱式两指型在轨捕获装置控制器.针对空间单粒子翻转事件影响，采用反熔丝FPGA作为控制器的核心处理单元，实现了多种传感器信息的采集，电机驱动，抱闸控制及与外部的总线通讯，并针对该捕获装置提出了速度控制与力矩控制的复合伺服控制策略，即在合拢和拖动阶段采用速度控制方式，在锁紧阶段采用力矩控制方式.在地面模拟实验平台进行了捕获实验，结果表明该控制器能够实现在捕获过程的运动控制并且保证锁紧力矩达到要求.     

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。     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增，在轨卫星故障案例也随之增多，造成许多重大损失。在此背景下，文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法，给出了系统分析流程和方法，通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解，转化为设备级故障，最终通过试验验证将故障定位，同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强，快速易用，定位准确，已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用，效果良好。     

密封舱内漂浮小球运动规律的数值模拟研究

"天宫二号"空间实验室开展了首次人机协同在轨维修技术试验,机械臂操作终端抓取漂浮小球试验为在轨试验任务之一。为研究漂浮小球与机械臂操作终端运动特性之间的匹配性,文章建立了在轨微重力环境下小球运动的物理模型与数学模型,采用动网格方法对不同小球的运动特性进行数值模拟,得到小球的运动规律,由此确定小球的设计参数范围,作为机械臂操作终端系统方案设计的依据。最终,数值模拟结果与"天宫二号"空间实验室在轨试验数据的对比初步验证了该计算结果的正确性。     

高压捕获翼构型跨声速流动特性初步研究

高压捕获翼是一种可以在高超声速条件下同时获得高升阻比、高容积率和高升力系数的新型布局概念。为初步分析该类新型布局的宽速域气动特性,以一种圆锥-圆台体组合高压捕获翼原理性构型为计算模型,以典型跨声速条件(马赫数0.92、0°攻角)为计算工况,进行了计算和分析。流场分析结果表明,在跨声速流动条件下,机体与高压捕获翼之间存在比较强烈的气动干扰,且干扰的强烈程度与高压捕获翼-机体间的垂向距离大小直接相关。与不带捕获翼的参考构型相比,增加捕获翼会导致机体尾部分离区范围增大,并在机体与捕获翼之间的开放通道内形成类似于变截面收缩管的流动,致使沿流向方向出现了明显的激波串,进而导致捕获翼下表面壁面压力出现较为明显的波动。同时,由于机体和捕获翼间的垂直距离沿展向方向逐渐增加,导致该波动在对称面附近最为剧烈,然后随展向位置逐渐增加,压力波动逐渐减弱。     

沸石分子筛材料在航天器污染控制中的应用与发展

航天器在高真空环境运行时,所用非金属材料释放的有机分子污染物易沉积在航天器敏感部件表面,严重影响航天器的性能和使用寿命。沸石分子筛材料含有丰富孔道结构,具有独特的分子吸附特性,可用于在轨分子污染物的吸附控制。文章详细综述了沸石分子筛材料在控制在轨分子污染物方面的应用与研究现状,分析国内外研究差距,并展望未来发展方向。     

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。     

面向运动目标捕获的低轨卫星视场幅宽研究

通常低轨卫星过顶时间较短,而目标运动随机,因此捕获运动目标是较为困难的,只能通过长期的时间累计来提升捕获概率。文章基于目标运动速度、出动频率、全球分布位置,卫星工作寿命、视场幅宽、轨道重访频次和时长等复杂因素,给出了卫星过顶遭遇目标的概率计算方法。然后根据概率计算结果,提出了实现0.99的遭遇概率要求卫星视场幅宽的下限。研究结果可为论证面向运动目标探测的低轨卫星视场幅宽需求提供借鉴。     

多冲量轨道交会问题算法研究

针对平面内轨道交会问题给出了一种多冲量轨道控制算法,其融合了半长轴、偏心率、近地点幅角联合控制方法和轨道相位捕获控制方法。首先建立了等点火时长计算模型和理论起控时刻计算模型,在此基础上设计了控制序列自动调整算法。基于该算法,在给定测控条件、单次控制最大点火时长等约束条件下,可快速求解实现与目标航天器轨道交会的多冲量控制策略。最后,通过轨道交会问题算例,验证了算法的有效性。该方法可应用于轨迹捕获、航天器组网控制、航天器交会远程导引等航天场景。