A torus-shaped solar sail accelerated via thermal desorption of coating

A torus-shaped sail consists of a reflective membrane attached to an inflatable torus-shaped rim. The sail’s deployment from its stowed configuration is initiated by introducing inflation pressure into the toroidal rim with an attached circular flat membrane coated by heat-sensitive materials that undergo thermal desorption (TD) from a solid to a gas phase. Our study of the deployment and acceleration of the sail is split into three steps: at a particular heliocentric distance a torus-shaped sail is deployed by a gas inflated into the toroidal rim and the membrane is kept flat by the pressure of the gas; under heating by solar radiation, the membrane coat undergoes TD and the sail is accelerated via TD of coating and solar radiation pressure (SRP); when TD ends, the sail utilizes thrust only from SRP. We study the stability of the torus-shaped sail and deflection and vibration of the flat membrane due to the acceleration by TD and SRP.     

高通量多波束通信卫星系统资源分配方法

资源分配是影响新一代高通量多波束通信卫星（HTMCS）系统效能发挥的关键问题。以往基于非柔性载荷以及用户容量需求均匀分布的静态、单维度资源分配方法已不能满足现实需求。围绕基于有效载荷资源提升系统效能这一核心目标，针对波束间干扰、柔性载荷以及用户需求非均匀分布特点，为高通量多波束通信卫星系统构建了功率和频带两维度联合优化资源分配模型，并实现了一种带有寻优控制策略的遗传算法求解模型。面向多类场景实例的仿真结果表明，本方法可以适应不同用户容量需求分布特点，为系统提供功率和频带资源联合优化解决方案。当用户需求总量分别为90Gbit/s、110Gbit/s及130Gbit/s时，相比平均、固定分配波束功率及频带资源，提出的方法可使系统未满足容量需求（UCD）分别减少71.09%、40.47%和16.31%，有效提升了系统效能。     

High precision dynamic model and control considering J2 perturbation for spacecraft hovering in low orbit

For spacecraft hovering in low orbit, a high precision spacecraft relative dynamics model without any simplification and considering J₂ perturbation is established in this paper. Using the derived model, open-loop control and closed-loop control are proposed respectively. Gauss's variation equations and the coordinate transformation method are combined to deal with the relative J₂ perturbation between the two spacecraft. The sliding mode controller is adopted as the closed-loop controller for spacecraft hovering. To improve the control accuracy, the relative J₂ perturbation is regarded as a known parameter term in the closed-loop controller. The external uncertainty perturbations except J₂ perturbation are estimated by numerical difference method, and the boundary layer method is used to weaken the impact of chattering on the sliding mode controller. The open-loop control of spacecraft hovering with the relative J₂ perturbation and without the relative J₂ perturbation are simulated and compared, and the results prove that the accuracy of open-loop control with relative J₂ perturbation has been significantly improved. Similarly, the simulation of the closed-loop control are presented to validate the effectiveness of the designed sliding mode controller, and the results demonstrate that the designed sliding mode controller including the derived relative J₂ perturbation can guarantee the high accuracy and robustness of spacecraft hovering in long-term mission.     

一种基于模态参数实时辨识方法的参数时变航天器控制方法

针对一种因挠性结构转动引起模态参数变化的航天器研究了一种基于模态参数辨识的控制方法。首先以一种刚柔耦合复杂航天器为对象，建立分析航天器的动力学模型。然后，基于该模型，采用一种基于改进递归预测器的子空间辨识(RPBSID)法模态辨识方法估计系统状态量。最后，基于辨识状态量采用无模型控制方法进行控制，通过基于MATLAB软件的仿真实验，验证了方法的有效性。     

基于可重构柔性工装的机身框定位/支撑布局优化

可重构柔性工装使用柔性定位器实现装配件的定位/支撑,具有可重构和柔性的特点。使用可重构柔性工装进行机身立式装配时,存在的柔性形变产生柔性定位误差,影响装配精度。本文着眼于提高装配精度,针对立式装配中可重构柔性工装的柔性定位误差的控制策略展开研究。首先,根据工装的结构特点与定位/支撑原理,分析误差流,追溯误差来源。其次,通过优化框件的定位/支撑布局减小柔性定位误差的影响。考虑到优化中装配件的工艺特征产生的约束条件,针对定位/支撑点的可行设计域建立约束数学模型,设计修补算法和改进的优化算法。最后,使用MATLAB运行优化算法并调用基于APDL语言开发的参数化模型进行仿真计算,完成定位/支撑布局的约束优化。优化结果表明,得到的最优布局可以提高装配精度,改进的优化算法具备有效性,通过优化定位/支撑布局控制定位误差的策略具备可行性。     

嫦娥五号探测器多舱段间接力式校时及误差控制方法

为优化嫦娥五号探测器操控,达到通过给任意具备测控链路的舱段校时即可实现多舱段组合体时间同步的目标,提出了一种接力式校时及误差控制方法。该方法通过相邻舱段间接力式时间传递实现舱段间时间自流动。设计了基于飞行模式的时间基准设备检索方法,通过统一的检索配置表使各设备能够根据飞行模式识别上级时间基准设备,实现了各舱段的自主校时。设计了总线控制器(Bus controller,BC)与远置单元(Remote terminal,RT)间的分布式时间传递误差控制方法,BC端修正时间信息发送时产生的误差,RT端控制时间信息接收时引入的误差,保证了整器时统精度。研究方法实现了多舱段复杂航天器的器内自组织时统,已在嫦娥五号探测器上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。     

极低频超大型航天器姿态机动与物理试验验证

针对具有0.01 Hz极低频主模态的超大型航天器的姿态机动问题,给出利用经典的Bang-Bang轨迹规划方法、滤波轨迹规划方法和传统的相平面控制方法进行姿态机动的方案,构建了极低频超大型航天器姿态机动地面物理试验系统,对不同的姿态机动控制方法进行了试验验证.针对不同的姿态机动轨迹规划方法,采用喷气发动机或控制力矩陀螺作...     

纳米颗粒增强环氧树脂抗原子氧剥蚀性能机理研究

 为了提高航天器用树脂基材料的抗原子氧剥蚀性能，将不与原子氧反应的无机纳米二氧化硅颗粒添加到环氧树脂中，并对所制成的纳米复合材料试样进行原子氧效应地面模拟试验，分析了试验前后试样表面形貌、表面成分和表面化学结构的变化规律。结果表明，加入纳米颗粒后，环氧试样的质量损失和剥蚀率出现了明显的下降，抗原子氧剥蚀性能得到了大幅度的提高。同时，试验后的纳米复合材料表面仍然存在一些新的有机结构，它们和纳米二氧化硅颗粒一起，共同阻止原子氧对底层材料的进一步剥蚀。     

低速风洞动态试验的高速并联机构设计及动力学分析

为模拟飞行器多自由度(DOF)风洞试验,设计并制造了一种用于低速风洞试验的高速并联六自由度机构,综合分析需求和机构的约束条件,确定机构的结构参数,并分析和总结了该机构的特点。使用ANSYS软件计算系统的固有频率,得到系统极限位置的振动响应。利用ADAMS软件对机构进行柔性动力学仿真,模拟机构在高速运动时紧急制动的动力特征,比较分析刚性和柔性制动的冲击载荷,总结出机构高速制动的特点,所分析结果在机构的设计和实际应用中具有重要的意义。实际运行表明:并联机构可实现单自由度和多自由度耦合运动,具有大工作空间(振幅可达30°/500mm)、高运动精度(达0.05°/0.5mm)和高速(达5m/s)等特点,并具有较高的运动性能,满足风洞试验要求。     

捕获非合作目标后航天器的自主稳定技术研究

捕获非合作目标后航天器质量特性发生突变,这大大地增加了系统的不确定性,控制不当容易导致失稳.为避免控制过程中航天器出现较大系统干扰问题,提出了先识别捕获后的系统质量特性,而后合理摆放非合作目标的自主稳定策略.首先,对航天器捕获过程和自主稳定策略进行了描述;其次,依据动量矩定理建立了非合作目标与航天器组合系统的数学模型,推导了非合作目标位置与质量特性之间的关系;然后,基于航天器数学模型和姿态测量信息,采用非线性规划方法对质量特性进行了辨识;最后,利用滑模变结构理论设计了非合作目标的控制回路,采用Lyapunov理论对系统的稳定性进行了分析.仿真结果表明:本文提出的自主配平策略响应快、精度高,适合在轨服务.