航天器数字化设计与系统仿真技术

先进的数字化设计与系统仿真技术是提高航天器性能和质量、降低研制成本和风险,缩短研制周期以及保障在轨可靠运行的重要途径和手段.各国航天机构投入大量经费进行该领域的研究,所建立的设计与仿真系统在航天器设计与研制的各个阶段都发挥着重要作用.     

航天器相对位姿参数光学测量解析算法

研究了利用4个非共面特征光标和单光学测量敏感器的测量方法。基于比例正交投影近似假设,简化了光学成像数学模型,以解析的形式给出了航天器间相对位姿参数(相对位置和姿态),并对解析解进行修正。最后,对该算法进行数学仿真,仿真结果表明该算法简单可靠,能够满足航天器相对位姿确定精度和实时计算要求。     

无阻力卫星发展现状

以无阻力卫星的发展和相关技术为综述对象,首先介绍了无阻力卫星的概念,并比较无阻力卫星中位移模式和加速度计模式的区别和优缺点;其次分析了无阻力卫星的体系结构,将无阻力卫星控制系统分为无阻力控制回路、悬浮控制回路和卫星本体控制回路;然后描述了无阻力卫星中的检测质量、主要硬件的功能与特性,最后列出了无阻力卫星中主要的关键技术。     

自主交会对接绕飞轨道的双冲量控制改进算法

绕飞轨道控制是追踪器与非合作目标进行自主交会对接的关键技术。本文针对同轨道平面的绕飞问题,根据双冲量轨道逼近动力学特性,将绕飞轨道分解为两个逼近轨道,采用有摄动情况下双冲量轨道逼近改进算法实现绕飞轨道控制。绕飞控制时,在轨道误差范围内,数次冲量累计同时施加,减少由于单次冲量小而造成的较大相对误差。最后进行了数学仿真,仿真结果表明该算法能实现绕飞轨道控制,具有设计简单、燃料消耗少的特点。     

相对轨道自主确定方法的改进

编队飞行卫星相对轨道的确定具有重要意义。本文提出一种完全自主的定轨方案,在利用星间测量信息实现编队飞行卫星自主定轨的基础上,引入太阳敏感器测量信息,利用扩展卡尔曼滤波算法提高环绕星相对轨道确定精度。仿真结果验证了这种导航方案和算法的有效性。     

月球轨道编队超长波天文观测微卫星任务

月球背面能够有效屏蔽来自地球并同时遮挡来自太阳的射电信号干扰,拥有太阳系中近乎最安静的电磁环境,是开展空间超长波天文观测的最佳选择区域。在立足完成空间干涉实验的基本任务目标基础、并力争实现重大科学发现的研究思路基础上,研制并发射两颗微卫星,搭载"嫦娥4号"任务进入地月转移轨道,自主完成地月转移、近月制动,在有效燃料约束下形成环月大椭圆轨道编队,构建环月超长波天文干涉仪。说明了系统的工作模式,对数据处理与科学分析方法进行了论述,包括数据预处理、干涉成像与全天功率谱获取角度,进而从支持服务模块和科学载荷模型两个方面对微卫星方案进行了简要概述,凝练了项目任务解决的关键科学与技术问题。月球轨道编队超长波天文观测微卫星的实施将通过全球首个绕月近距编队飞行系统,构建全球首个星–星干涉射电天文观测系统,进而打开人类认识宇宙的新窗口。     

空间对接轨机构差动式缓冲阻尼及传动系统力学特性研究

空间对接机构差动式缓冲阻尼及传动系统的模化是航天器对接动力学中的核心内容之一,本文在分析该系统运动学原理的基础上研究系统的动力学特性,给出了精确的动力学模型,进行对接动力学仿真研究。     

一种模型独立的拟欧拉轴航天器大角度姿态机动

刚性航天器初始姿态捕获 ,要求从任意初始状态机动到角速度要求为零的指定状态。本文基于姿态偏差四元数和瞬时旋转轴偏离欧拉轴程度信息反馈 ,设计了一种拟欧拉轴旋转姿态捕获控制规律。对于刚体的任意初始状态 ,角速度可能不平行于欧拉轴。为减少瞬时旋转轴的偏移程度 ,将初始角速度分解为平行和垂直欧拉轴的两个分量 ,控制器在初始阶段尽快消除垂直角速度分量 ,随后进行拟欧拉旋转机动。最后给出了分析的仿真结果     

典型轨道环境效应及对在轨卫星影响分析

近年来，各航天大国对空间轨道资源的挖掘与应用不断拓展。超低轨道、椭圆轨道、坟墓轨道、拉格朗日点等，因其在快速重访、定点观测、空间攻防、科学探索等方面的优势，逐步纳入各国防灾减灾、战事快响、导弹预警、空间突防和太阳观测等应用领域。随着卫星在轨经历的空间环境变得更加复杂，空间环境效应引发的卫星故障和异常情况日益突出。本文围绕目前国内外关注的五类典型轨道，对其主要环境特征、环境效应、地面模拟试验方法等进行了分析与讨论;梳理了各轨道关键敏感环境因素及典型环境效应，重点探讨了典型轨道下原子氧剥蚀、深层充放电、总剂量、单粒子等效应对卫星的影响;总结了相关地面模拟试验设备能力、试验方法适用性，并对后续发展提出建议。     

新体制光学遥感卫星变转速环扫控制方法

针对基于圆锥扫描的新体制超宽覆盖光学遥感卫星在变转速环扫成像过程中，多条带在固定时间内有效拼接的问题，为了确保其在一个环扫周期内，卫星在相机开机期间绕对地轴慢速稳定自旋、相机关机期间变转速快速自旋，并且在下一次相机开机时刻自旋到指定的相位，提出一种bang-bang控制与固定时间控制相结合的复合控制方法。首先给出变转速姿态控制问题的数学模型，并采用两次坐标旋转，分别描述垂直于自旋轴和绕自旋轴的运动，建立光学环扫成像卫星的姿态模型。针对变转速环扫控制问题，将bang-bang控制与固定时间控制相结合，设计控制策略，并推导固定时间控制律。仿真校验结果表明，所提出的控制方法对于解决光学环扫成像卫星变转速环扫控制问题具备有效性，并具有良好的控制精度。