面向在轨服务遥操作技术的研究与展望

回顾了面向在轨服务遥操作技术的发展现状。针对现代航天器对在轨服务的技术需求,分别从系统结构与体系结构、控制模式、控制技术等方面论述了面向在轨服务遥操作技术需要研究的主要关键技术问题。最后,对遥操作技术的未来发展进行了展望。     

小卫星从母星释放过程的GPS卫星可见性分析

针对小卫星的一种安装、在轨二次发射方式,通过分析小卫星从母星释放过程中的GPS星座可用性,研究了小卫星的弹出旋转式在轨二次发射的可行性问题。首先,分析了小卫星对单颗GPS卫星可见的数学条件,然后导出了小卫星在二次发射从母星释放过程的三个不同阶段中对单颗GPS卫星可见的数学描述,最后研究了整个过程的GPS星座可用性,提出了一种保证释放过程中GPS星座可用的弹出时刻选取方法,并完成了数值计算验证。本文提出的选取方法,能够保证释放过程中GPS星座可用,避免释放过程中小卫星与母星发生意外碰撞的可能,从而证明了这种弹出旋转式在轨二次发射方式具有可行性。这一结论对我国小卫星在轨二次发射应用有参考价值。     

空间机动服务平台在轨补给技术研究

根据空间机动服务平台的特点,对推进剂在轨补给技术进行了研究,提出了一种空间机动平台推进剂在轨补给方案,即基于表面张力贮箱作为加注箱和接受箱的双组元推进系统的在轨加注方案。该方案具有如下优点：与现有卫星推进系统相匹配,改动量最少;没有使用任何活动部件,提高了系统的可靠性;产生的热量比倍压式要少,便于缩短加注时间,提高加注的可靠性和安全性。依据这一方案对空间机动平台在轨补给系统进行了详细设计。     

AOS虚拟信道链路控制器和VCDU合路器的设计实现

在深入研究高级在轨系统(AOS)标准和对星载数据系统进行分析的基础上,设计实现了AOS虚拟信道链路控制器和虚拟信道数据单元(VCDU)合路器。该设计采用现场可编程门阵列(FPGA)实现高级在轨系统虚拟信道链路控制(VCLC)子层的位流业务和虚拟信道存取(VCA)子层的VCA业务,完成了位流协议数据单元(B_PDU)的构造,VCDU的组装、调度、填充和定界等功能,实现了对整星数据流的统一管理。在卫星的星载数据系统设计中,将有效载荷数据和航天器平台数据合一,形成统一数据流,可以节约频率资源,支持宽带数据传输、实现整星数据流的统一管理,使整个系统更灵活、更开放、更有效,提高卫星的自主管理能力。     

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。     

基于在轨组装维护的模块化深空探测器技术进展与应用研究

在轨组装与维护是航天器在轨服务技术的基本内容,而模块化设计则是实现航天器在轨组装与维护的一项主要支撑技术。调研总结了国外深空探测领域模块化航天器设计以及在轨组装与在轨维护实施的技术进展,主要包括模块化地外行星着陆探测器、大型在轨组装深空探测器、布置于SEL2(Sun-Earth Libration 2)等轨道的超大型在轨组装空间望远镜系统等,分析了深空探测器领域应用模块化设计实现在轨组装与维护的关键技术要素。针对深空探测航天器长寿命、高可靠、特殊推进系统及其设备配套等技术特点与需求,提出一种应用在轨组装与维护技术的火星多任务探测器系统设想,介绍了探测器系统的任务架构、基本组成、轨道策略等,为我国深空探测技术发展以及新型深空探测器研制提供参考。     

考虑测量约束的非合作目标近距离快速导引控制方法

研究了考虑测量约束的非合作目标近距离快速导引控制方法。首先,基于C-W方程建立了解析形式的径切联合近距离快速导引控制模型,并采用微分修正方法将解析结果进行修正;然后推导了任意初始条件下,径切联合控制双脉冲与视场角的解析关系;最后基于相对偏心率矢量建立了径切联合控制的控后效果评估模型。仿真结果表明:提出的控制方法和控后效果评估模型有效。     

在轨任务规划的新型开发方法

作为未来航天器智能化的发展方向,在轨任务规划的实现是一项涉及多个领域知识的复杂软件工程问题,需要与之匹配的先进开发方法。本文基于动态语言和嵌入式操作系统,提出了一种在轨任务规划的开发方法;从需求出发,调研了一组适用于在轨任务规划应用的开源基础库,涉及航天器任务规划、地理信息数据库、地图投影、坐标变换、几何拓扑关系求解、线性规划等多个方面;将这些领域的典型开源库作为中间件移植到高性能星载计算机和嵌入式操作系统上,并进行了功能测试。本文的工作能给后续在轨任务规划系统的设计和实现提供启发和帮助。     

基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。