带移动滑块的太阳帆航天器动力学建模与姿态控制

针对以移动滑块为控制执行机构的太阳帆航天器,基于拉格朗日分析力学建立了航天器—滑块两体系统非线性耦合动力学模型.为简化控制律设计,将控制回路分为内外环,并分别设计控制律.外环以航天器姿态为受控变量,滑块位移为控制输入;内环以滑块位移为受控变量,滑块驱动力为控制输入.最终将控制律代入系统原非线性模型,以行星际太阳帆航天器姿态控制任务为例进行数值仿真.仿真结果表明,以移动滑块为执行机构,采用所设计控制律,可以实现太阳帆航天器快速姿态调整及长期姿态保持.     

基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨技术

为提高导航星座的自主导航能力,提出一种基于人工拉格朗日点太阳帆的导航卫星自主定轨方法。在导航卫星星间测距的基础上,利用太阳帆提供的空间实时位置信息,来消除导航星座的整体旋转和漂移对自主定轨的影响。选用第一类无奇点根数作为状态变量,利用EKF滤波器融合卫星动力学信息及两类测距信息进行自主定轨。利用GPS导航星座的IGS精密星历进行了仿真试验,仿真结果表明了该方法不仅能够保证导航卫星自主定轨的长期稳定性,且与结合星间测距和星间测向的自主定轨方法相比,定轨精度更高。     

超薄聚酰亚胺薄膜研究与应用进展

从制备工艺、应用进展以及发展趋势等方面综述超薄型聚酰亚胺薄膜近年来基础研究与应用的发展情况,着重介绍了超薄型聚酰亚胺薄膜在空间以及微电子领域的应用。最后,结合中国科学院化学研究所在超薄型聚酰亚胺薄膜领域内的研究进展,对发展我国的超薄型聚酰亚胺薄膜产业提出了建议。     

太阳帆柔性结构动力学仿真分析

研究了太阳帆结构的有限元仿真分析问题.针对太阳帆航天器实际结构特点,建立合理的有限元模型;得出合理的边界预紧力的大小与方向;给出太阳帆航天器伸展臂对预紧力的屈曲模态分析以及屈曲临界载荷;进行了太阳帆结构的无预紧力结构模态分析与有预紧力结构模态分析,并对结果进行了比较.研究结果表明,太阳帆航天器预紧力结构模态分析更为合理,为太阳帆航天器控制系统工程设计与仿真提供了参考数据基础.     

柔性太阳帆轨道-姿态-弹性振动耦合效应研究

建立了柔性太阳帆轨道、姿态、弹性振动耦合的动力学降阶模型。分析该模型在地心大偏心率椭圆轨道的动力学表明:太阳光压力是太阳帆轨道产生偏差的主要原因,且太阳光压力会引起太阳帆姿态的剧烈变化和柔性结构的大幅振动,同时太阳帆的结构振动会对其姿态造成累积偏差。研究发现,太阳帆在空间的运行是一个轨道、姿态、弹性振动三方面强烈耦合的复杂问题。     

太阳帆推进

太阳帆依靠反射太阳光光子产生推力,在飞行任务的整个过程推力连续作用于飞行器上而不需要任何推进剂。太阳帆可广泛应用于低成本大速度增量的太阳系飞行任务,具有其它推进系统无法替代的优点。简要介绍了太阳帆推进的机理及研究现状,给出了太阳帆飞行器的主要性能参数及需要解决的主要技术关键。     

使用反射率控制器件的太阳帆卸载策略

对于处于日心轨道的对日定向太阳帆,提出一种使用反射率控制器件(RCD)产生光压力矩的卸载方法。该方法设计了一种RCD状态解算策略,在实现对太阳帆动量轮快速卸载的同时大幅节约了所需的器件切换次数。之后,使用非线性优化算法对反射率控制器件进行了布局优化,进一步提高了使用反射率控制器件的卸载效率。仿真结果表明：提出的解算策略可以用更少的反射率控制器件状态切换次数更快地完成卸载过程;布局优化过程可以指导确定更加合理的反射率控制器件铺设位置,与未进行优化过程相比,能够实现更快卸载。     

连续小推力非开普勒悬浮轨道研究综述

连续小推力非开普勒悬浮轨道在深空探测与地球极地观测任务中有着重要的应用前景。归纳了电推进、太阳帆推进等连续小推力技术的发展历程与现状;阐述了日心、行星悬浮轨道的动力学特性、稳定性、轨道保持策略;分析了三体问题下人工拉格朗日点的优势及其在深空探测方面的应用;讨论了悬浮轨道编队飞行的研究方法与控制策略。最后针对小推力悬浮轨道研究发展面临的难题,提出了研究新思路和应用新方向。     

太阳帆航天器在绕地轨道中的热诱发振动

太阳帆航天器在绕地轨道中将会周期性地进出地球阴影，经历热环境的剧烈变化，在热辐射冲击作用下，太阳帆这种大柔性空间结构的热致响应值得研究。以方形有桅杆式太阳帆为研究对象，考虑热辐射等非线性因素，建立了太阳帆的热-结构耦合动力学模型，分析了太阳帆桅杆-薄膜结构热诱发振动的特点和影响因素。分析结果表明：太阳帆由地球阴影区进入光照区将会发生明显的热诱发振动；随着热流入射角的增大，太阳帆桅杆截面的摄动温度减小，热诱发振动减弱，频率不变；太阳帆桅杆刚度的增大有利于抑制结构热诱发振动的发生；帆膜预应力将会影响太阳帆的热诱发振动，随着桅杆轴力增大，热诱发振动的振幅增大，频率减小，当轴力增大至一定程度，太阳帆的热诱发振动将会发散。     

日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程，考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量，将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程，设计了一种LQR编队控制方式，该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持，具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真，表明该控制方法能实现编队.