Resonant motion, ballistic escape, and their applications in astrodynamics

A special set of solutions governing the motion of a particle, subject to the gravitational attractions of the Earth, the Moon, and, eventually, the Sun, is discussed in this paper. These solutions, called resonant orbits, correspond to a special motion where the particle is in resonance with the Moon. For a restricted set of initial conditions the particle performs a resonance transition in the vicinity of the Moon. In this paper, the nature of the resonance transition is investigated under the perspective of the dynamical system theory and the energy approach. In particular, using a new definition of weak stability boundary, we show that the resonance transition mechanism is strictly related to the concept of weak capture. This is shown through a carefully computed set of Poincaré surfaces, at different energy levels, on which both the weak stability boundary and the resonant orbits are represented. It is numerically demonstrated that resonance transitioning orbits pass through the weak stability boundaries. In the second part of the paper the solar perturbation is taken into account, and the motion of the resonant orbits is studied within a four-body dynamics. We show that, for a wide class of initial conditions, the particle escapes from the Earth–Moon system and targets an heliocentric orbit. This is a free ejection called a ballistic escape. Astrodynamical applications are discussed.     

空间非合作目标消旋技术研究现状总结与展望

针对空间非合作目标开展在轨服务、轨道清除等需要在轨捕获任务的顺利实施,在捕获前一般需要对非合作目标进行消旋。系统调研了国内外针对空间非合作目标的消旋方案,并将其分为基于能量转移和基于能量损耗的两种方案。在对两类方案的具体原理及操作过程与关键技术进行总结的基础上,概括了各方案的特性及其适用场景,分析了未来空间非合作目标消旋技术的发展方向。     

LIN总线控制器的关键技术研究与实现

LIN总线协议是一种控制简单,成本低廉的局部互连网络协议,目前已广泛应用于汽车总线技术领域.针对目前很多文献更多的关注LIN控制器的应用,对于控制器本身的设计论述不多这一现象,从数字逻辑角度,对LIN控制器设计中的关键技术要点-波特率自检测,定时器捕获,波特率生成等展开讨论.介绍了实现这些关键技术的解决思路和方法,并在基于NCSIM的软硬协同仿真环境进行验证,给出了正确的仿真结果.目前集成该控制器的微控制器芯片已成功流片并获得广泛应用.     

一种机载软件安全性需求获取方法

通过对国内外软件安全性分析方法的研究,结合国内软件开发技术和管理方法,探索并提出了一种机载软件安全性需求获取方法。并以某环控防冰系统监测软件为例,给出了软件安全性需求获取方法的应用实例。     

美国小行星俘获任务及其启示

小行星俘获(ACR)任务是美国Keck空间研究中心发起的一项深空探测任务。该任务计划选定一颗近地小行星,通过口袋式抓捕系统对其实施抓捕,并于2025年左右将其带回近月空间。文章介绍了ACR任务的内容和系统设计,具体包括:航天器总体构型、抓捕分系统、探测识别分系统和控制与推进分系统;对小行星抓捕的目标探测与识别、旋转匹配、抓捕、消旋、轨道转移等核心操作。基于ACR任务,提出了空间目标俘获技术的需求与应用、抓捕航天器系统设计的启示;基于我国目前的技术研究情况,总结分析了发展空间目标俘获任务所需的关键技术,如大功率柔性太阳翼、长时间大范围轨道机动、目标探测与识别、快速机动、目标抓捕与消旋。     

三维空间双机格斗的捕捉区和危险区

 本文应用微分对策理论对三维空间双机格斗问题进行研究,给出了以目标机进入方向、界栅和等时线组成的捕捉区与危险区的确定方法,画出二架飞机的捕捉区和危险区,并讨论了这些区域的性质,得出与实际空战相符的结论。     

基于鲁棒伺服 LQR的无人机横航向自动着陆控制律设计

针对无人机自动着陆过程中外部不确定性强,影响控制精度和飞行安全的问题,提出一种基于鲁棒伺服线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)的横航向自动着陆控制律设计方法。基于鲁棒伺服LQR设计滚转姿态保持内回路,设计航向保持/预选模态和航向信标(Localizer,LOC)截获与跟踪模态,实现横航向轨迹的稳定与精确跟踪。数字仿真结果表明,该方法具有较好的控制效果。     

针对空间碎片捕获的绕飞轨道设计

地球轨道上日益增长的碎片云已引起各个航天国家的担忧,地球轨道上可编目的空间物体数量30多年内增长了2倍多,若不实施主动清除,碎片的数量将在未来200年内快速增长,给空间系统的安全带来极大的威胁。自然椭圆绕飞轨道可在目标附近长时间绕飞,可保证碎片捕获系统具有长时间的观测、捕获时间。文章提出通过设计绕飞轨道来实现捕获碎片的方案,介绍并分别推导了基于C-W方程和轨道根数两种方式绕飞轨道设计的方法。针对假想的捕获目标,基于轨道根数方法设计了5种脉冲变轨的轨道方案,并进行了相应的轨道算例仿真。仿真结果表明:该方案可适用于任意的初始相位差,具备一定的工程实现意义。     

空间碎片飞网捕获仿真研究

文章利用动力学建模的方法分析了采用柔性飞网进行空间碎片捕获的过程。以非合作性目标捕获系统为基础建立了柔性飞网X模型,利用EXCEL和MATLAB对飞网捕获碎片的全过程进行仿真,重点分析了抛射速度和抛射角度对飞网捕获能力的影响。结果表明,随着抛射角度的增大,飞网的捕获能力无明显变化;随着抛射速度的增大,飞网的捕获能力增强。     

基于网口轨迹的空间绳网捕获

空间绳网是一种柔性的捕获技术,为更准确地研究绳网捕获空间目标的过程,提出了一种基于网口轨迹的分析方法。采用集中质量法和Hertz接触理论构建了绳网捕获目标的动力学模型。将绳网捕获目标的过程按时间先后顺序分为自由展开、包裹目标以及利用收口装置捕获目标3个阶段进行研究。基于对网口轨迹的分析,提出了绳网成功捕获目标的评价指标,重点对捕获过程中涉及的相关参数进行分析,评估了包括发射速度、捕获距离、收口时间以及偏心距离等在内的捕获参数对绳网捕获目标过程的影响。仿真结果表明,基于网口轨迹的分析方法可以更直观全面地分析绳网捕获目标的过程,并为捕获参数的选择提供参考依据,以提高绳网捕获目标的成功率。