Space traffic control: a view of the future

This paper provides an overview of a system for providing reliable, ongoing, timely situational awareness services to satellite operators. Such services would include close approach warnings, warnings of potential radio frequency interference, and other offerings designed to help make operators aware of possible threats to the safe operation of their spacecraft and measures they can take to lessen these threats. The paper discusses current trends, proposes operational requirements, and speculates on the type of organization that may emerge to provide space traffic control services. It highlights how the detailed information required for such services may affect the evolution of the use of space.     

哥伦布航天器对轨道碎片撞击危害的设计考虑

简要介绍了欧洲空间局在执行哥伦布计划期间，在载人压力舱和有人照料的自由飞行器的设计阶段。对微流量和轨道碎片撞击危害的防护研究方面所做的主要工作。     

空间碎片碰撞预警研究

介绍了空间碎片的分布和危害，阐明了航天器进行碎片预警规避的必要性，讨论了碎片碰撞预警技术中的关键问题，用已有的碰撞和规避实例对自行研制的软件进行了计算检验，结果证明了软件的正确性，也说明了国内进行碎片预警工作的可行性．     

一种新的综合TF／TA最优航迹算法

综合ＴＦ／ＴＡ是新一代低空突防技术，ＴＦ／ＴＡ最优航迹的计算是其控制系统的核心。文中提出了一种新的综合ＴＦ／ＴＡ最优航迹算法，它用动态规划和树型搜索相结合的方法，实时计算综合ＴＦ／ＴＡ最优航迹。算法考虑了飞机机动能力的约束，使最优航迹在不需要平滑处理时就是一个可实现航迹。另外还考虑了威胁的影响，使最优航迹能有效地进行威胁回避。计算结果表明，所得的最优航迹具有综合地形跟踪／回避和威胁回避的能力。     

一种适用于航路改变情况的冲突概率预测算法

针对如何有效地预测飞行中将发生的冲突,提出了适用于航路改变情况下的冲突预测算法.基于飞机实际飞行轨迹的不确定性,计算冲突发生的概率来预测冲突发生的可能性.改进了直线航路预测算法,充分利用ADS-B(广播式自动相关监视)所提供的航路意图信息,获得飞机航路改变点及航路偏转角,依此进行相应的矩阵变换来计算航路改变后的误差协方差矩阵,并利用有效的近似方法对继续累加的误差表示进行简化,进而实现冲突发生概率的计算.运用Monte-Carlo方法进行仿真,结果验证了其较好的准确性,与直线航路算法的比较表明了其在更复杂环境下具有的适用性和有效性.     

基于混合整数线性规划的爬壁机器人路径规划

为研究City-Climber爬壁机器人在3D建筑物环境中的路径规划问题,基于混合整数线性规划(MILP,Mixed Integer Linear Programming),提出了一种适用于City-Climber的路径规划方法.为了用MILP方法解决避障问题,首先用限制机器人控制输入的方法对City-Climber的数学模型进行解耦和线性化,再介绍了用MILP方法对控制输入进行描述的数学表达式,并提出了适用于爬壁机器人的新型代价函数,最后以一个方形房间为运动环境,用AMPL和CPLEX优化软件,以及Matlab软件解算路径规划问题.仿真结果表明:MILP方法较好地解决了City-Climber在3D环境下的路径规划和避障问题.     

航天器避障交会有限时间滑模控制

针对航天器安全交会过程中的避障问题,提出一种基于有限时间滑模变结构控制与人工势函数相结合的控制方法。首先,对斥力势进行修正使得势函数在期望状态的值为零。其次,基于速度偏差和引力梯度设计滑模面,并考虑障碍物的速度设计控制律。利用Lyapunov稳定性定理分析证明在存在外部干扰情况下,系统能够在有限时间内收敛到期望状态并保持渐近稳定。最后,利用数值仿真来验证所设计的控制律的正确性和有效性。仿真结果表明,该方法能够有效实现规避动态障碍物,满足安全交会的要求。     

基于指令力矩螺旋式搜索的SGCMG 奇异规避方法

针对航天器的控制力矩陀螺群框架构型奇异以及传统奇异规避方法在规避时存在的框架“锁死”问题,本文提出一种基于指令力矩进行螺旋式搜索的控制力矩陀螺奇异规避方法.该方法在鲁棒奇异逆操纵律和零运动操纵律的基础上,引入随奇异度量值自主调节的旋转角和随时间连续变化的旋转轴,让期望力矩通过搜索寻找出逃离奇异状态的方向,来实现奇异规避.仿真结果表明该方法具有良好的奇异规避特性,并能够克服常规奇异规避方法存在的框架“锁死”情况.     

辅助空间遥操作的虚拟管道设计与实现

针对复杂空间环境下进行遥操作的安全性问题,提出一种基于路径点的光滑虚拟管道快速生成算法,改进深度优先算法对虚拟管道进行静态规划,并给出动态修正算法,实现管道的动、静态避障。虚拟管道可为操作者提供视觉、触觉等反馈信息以调整自身操作。操作对象在管道内运动,能安全、快速地达到目标。相对于路径规划方式按指定轨迹避障,该方法提高了操作灵活性和效率。在CHAI 3D仿真平台下进行多组避障实验,验证了算法的有效性。