火星探测器减速着陆过程中若干问题的研究

围绕火星探测器减速着陆过程中涉及的开伞控制技术、降落伞拉直过程的绳帆现象、降落伞充气性能以及物伞系统动力学特性等关键技术问题进行了研究。通过对探测器进入轨道的分析,提出了一种以动压为控制目标的自适应开伞控制方法,并对其原理和实现方法进行了研究。采用降落伞拉直过程多刚体、多质点、多自由度动力学模型,对绳帆现象进行了数值仿真分析,发现开伞攻角是绳帆现象的主要成因,并提出了设计控制措施。采用降落伞轴向-径向动量守恒充气模型研究了大气密度对降落伞充气性能的影响,得到了大气密度对降落伞充气时间、充气距离、充气过程中伞衣面积变化及开伞载荷的影响规律或特点。利用物伞系统动力学模型,研究了物伞系统减速下降过程的动力学特性。本文研究内容对于中国火星探测器减速着陆系统的工程设计、试验及性能评估等均具有较好的参考价值。     

亚马逊帆鳍鲈挑战了达尔文吗?

我曾经以为科学总是绝对客观地、理性地、不偏不倚地反映我们身边的世界．然而当我离所谓的科学越近时．则越发感觉事实并非如此。科学并没有那么不食人间烟火．而是受时代、社会和政治力量影响的创造性人类活动。     

开“窗”结构对环帆伞开伞过程影响

随着载荷重量的增加，单伞已无法满足大重量返回舱的安全着陆要求，群伞系统获得关注并成功应用。然而，伞间干扰等问题仍困扰着群伞的设计，新一代载人飞船已经考虑从透气性角度对此进行解决。同时，鉴于群伞开伞过程仿真难度较大，在不改变伞衣构型设计的前提下，采用流固耦合（FSI）方法针对单伞开展不同透气性的环帆伞开伞过程数值模拟，旨在研究开“窗”结构对环帆伞气动性能的影响。结果表明：开“窗”结构对环帆伞开伞过程中的外形变化有较小影响，开“窗”前后的伞衣投影面积与名义面积比变化最大不超过15%；对于不同的开“窗”位置和数量，平衡平均阻力系数、开伞动载系数及阻力系数波动三者的最佳选择为帆5位置和25%数量；采用开“窗”结构后的环帆伞最大摆角至少减小5°，且减小幅度随着开“窗”数量的增加而增大，但与开“窗”位置之间并无明显规律。     

PW-Sat2立方星离轨帆研制及在轨验证

针对当前的空间碎片减缓要求,轻小型、模块化、通用化离轨装置的研发成为研究热点。其中薄膜帆离轨装置具有成本低、质量小、发射体积小、面质比大等优点。文章以波兰PW-Sat2立方星离轨帆为例,总结其研制、试验过程,特别是对于帆面和非火工锁紧/释放机构;分析其在轨实验期间的离轨效能和故障模式,并提出可靠性提升方案,以期为我国后续离轨帆产品的研制提供参考。     

光帆

宇宙中竟然有大量的行星,天文学家的这一发现使得科幻小说中我们对于星系外的世界的梦想慢慢在实现。研究这些遥远的行星能告诉我们地球究竟有多神奇,而且也会使我们对太空中我们的居所有更多的了解。这样的想法促使美国航空航天局开始对星星进行观测。但是观测是一回事,要对它们进行实地探索是非常困难的。如果     

基于修正罗德里格参数的绳系卫星动力学模型

针对基于欧拉角的绳系卫星动力学系统模型在面外角的余弦函数为0时,面内角变得不稳定的奇点问题,提出一种基于修正的罗德里格参数和其阴影相结合的绳系卫星系统动力学模型。在证明了其在消除奇点问题可行性的基础上,进行了仿真,实验结果表明该模型在消除奇点的优势下,修正的罗德里格参数及其阴影的非连续性转换并不会影响到欧拉角的连续性变化和表示,具有全局性。     

视觉导引受限下空间绳系机器人最优逼近控制

针对空间绳系机器人对目标逼近过程中单目视觉视线角约束和导航信息不全问题，首先建立空间绳系机器人系统动力学模型。然后考虑抓捕器视线角约束，采用高斯伪谱法对空间绳系机器人逼近任务姿轨轨迹进行一体规划。同时设计无需相对目标距离的闭环控制器实现对空间绳系机器人最优姿轨轨迹进行跟踪控制。仿真结果表明，该方案能够克服视觉导引受限的影响，实现空间绳系机器人对位姿最优轨迹的精确跟踪。     

Nonlinear dynamics and station-keeping control of a rotating tethered satellite system in halo orbits

The dynamics of a rotating tethered satellite system （TSS） in the vicinity of libration points are highly nonlinear and inherently unstable. In order to fulfill the station-keep control of the rotating TSS along halo orbits, a nonlinear output tracking control scheme based on the θ- D technique is proposed. Compared with the popular time-variant linear quadratic regulator （LQR） controller, this approach overcomes some limitations such as on-line computations of the algebraic Riccati equation. Besides, the obtained nonlinear suboptimal controller is in a closed form and easy to implement. Numerical simulations show that the TTS trajectories track the periodic reference orbit with low energy consumption in the presence of both tether and initial injection errors. The axis of rotation can keep pointing to an inertial specific object to fulfill an observation mission. In addition, the thrusts required by the controller are in an acceptable range and can be implemented through some low-thrust propulsion devices.     

论绳系小卫星的应用与技术可行性

借助空间系绳的作用,绳系小卫星增强与扩大了现代小卫星的能力,在空间探测与航天技术中具有独特的功能,可承担一般小卫星不能承担或难以承担的太空使命。本文阐述绳系小卫星在太空使命(空间开发与应用,空间环境探测,以及航天新技术试验与演示等)中的应用及其原理,包括建造微重力空间平台,实现机动变轨,进行空间环境探测,以及利用导体系绳装置生成电能、贮存能量、提升轨道等。通过对小型绳系系统SEDS-1、SEDS-2、PMG、TiPS飞行试验的综述与分析,论述绳系小卫星技术可行性与成熟性,包括系绳的伸展,子星的控制,系绳的切断,子星的再入,导体系绳的电动力学应用,以及长系绳生存能力等。对中国绳系小卫星的应用与技术发展提出方案设想。     

双目视觉绳系支撑飞行器模型位姿动态测量

绳牵引并联机器人（WDPR）为风洞试验提供了一种新型支撑方式，可用于多/六自由度风洞复杂动态试验。针对该支撑下飞行器模型的大范围运动，发展了一种基于双目视觉的模型位姿动态测量方法。首先，设计了一种编码合作标志点，合理布置于模型表面，通过图像处理消除绳对标志点成像干扰，进行标志点三维重构；然后，利用绝对定姿算法求解相对位姿初值，且给出了理论误差分析，并基于双目相机重投影误差构建李代数下的无约束最小二乘优化问题，采用L-M算法进行位姿优化；最后，采用该测量系统分别进行了静态和动态精度验证试验，以及大迎角俯仰振荡等3种单/多自由度典型运动轨迹测量。试验数据显示，静态角度和位移测量精度分别优于0.02°/0.02 mm；动态测量时角度精度可达到0.1°量级，位移平均误差为0.4 mm。研究结果表明：设计的双目视觉测量系统是有效可行的，可为后续风洞试验的实际应用提供支持。