空间站在轨维修操作复杂度评价及试验验证

在轨维修是维持空间站在太空特殊环境安全运行的必要手段，太空特殊环境和空间站结构特点决定了空间站在轨维修任务的复杂度。在轨维修操作复杂度关系到空间站维修方案的优化、维修计划的制定、货运飞船的安排、航天员培训和空间站可维修性设计。然而，针对空间站在轨维修操作复杂度的评价研究较少。因此，提出了空间站在轨维修操作复杂度的概念，考虑了维修固有复杂度和外部影响因子2个方面，基于信息熵理论建立了复杂度评估模型。固有复杂度包括维修操作逻辑、维修动作规模、维修人机界面和维修操作知识，并借助信息熵完成以上4个方面的量化；外部影响因子包括操作空间、有无维修工具、时间压力、视觉遮挡和航天服影响，并利用分级打分制予以量化。为验证模型的有效性，基于地面模拟舱开展了12类产品维修验证试验，采集了受试者的维修动作及时间。实验数据分析表明，提出的模型能够较好地预测产品的维修耗时（相关系数为0.82），并能较为合理地对空间站在轨维修操作复杂度进行量化分级。为在轨维修的开展、维修方案的评价、航天员乘组训练与安排和空间站设计更改提供方法指导。      

一种基于元路径拥塞模式挖掘的移动对象位置预测方法

路网上移动对象位置预测是许多位置相关服务的基础。目前移动对象位置预测方法没有充分考虑到轨迹数据中所蕴含的道路拥塞信息,而路网上的道路拥塞状态对移动对象的位置更新会产生巨大影响。提出基于元路径拥塞模式挖掘的方法(Meta-congestion-pattern mining,MCPM)。在离线挖掘阶段,从历史轨迹的频繁路径(元路径)的紧集中挖掘当地的拥塞模式,并对运动模式进行建模,其中采用基于k均值的聚类算法解决数据稀疏性问题。在线预测阶段根据挖掘的拥塞模式和运动模式依概率进行预测。最后通过理论分析和实验验证得出了算法的有效性,与相同条件下的精度预测(WhereNext,WN)方法相比,平均预测准确性提高了近20%,预测时间平均缩短了近50%。     

中继卫星在轨自动跟踪精度测试方法研究

针对中继卫星在轨自动跟踪精度测试基准值建立和有效数据获取的难题,根据在天线电轴跟踪零点附近角误差电压灵敏度正比于波束指向角误差灵敏度的特性,提出了采用角误差电压灵敏度作为基准值,天线稳定跟踪目标时的方位角误差电压和俯仰角误差电压作为测试数据,通过数据处理得出在轨自动跟踪误差,然后与差波束零点(天线电轴)与和波束接收信号最大值轴之差相加,得出在轨自动跟踪精度的测试方法。并制定测试方案和测试流程,在轨进行了实施。与地面测试结果进行比较,数据相近,验证了测试方法的可行性和有效性。采用该方法测试难度小,便于实施,测试结果不受天线安装误差、卫星姿态变化等因素的影响,解决了中继卫星在轨自动跟踪精度测试的难题。     

应用遥测数据的地球同步轨道卫星热变形分析

地球同步轨道卫星会受在轨环境影响而产生热变形,进而影响载荷的对地指向精度,由于空间环境的不确定性和热变形的非线性,在轨的热变形难以量化。文章研究了应用真实在轨遥测数据分析卫星星体热变形的规律,将热变形视作日周期项与年周期项的组合,建立了傅里叶级数形式的数学模型,并利用最小二乘法提出了星体热变形参数的估计方法。对两颗卫星的星体热变形进行了估计和补偿仿真,参数估计结果一致性好,表明了建模的合理性与补偿的可行性。热变形日周期项得到了很好的补偿,其峰峰值降低了80%,年周期项的峰峰值部分降低达80%,但整体上不如日周期项。     

沸石分子筛材料在航天器污染控制中的应用与发展

航天器在高真空环境运行时,所用非金属材料释放的有机分子污染物易沉积在航天器敏感部件表面,严重影响航天器的性能和使用寿命。沸石分子筛材料含有丰富孔道结构,具有独特的分子吸附特性,可用于在轨分子污染物的吸附控制。文章详细综述了沸石分子筛材料在控制在轨分子污染物方面的应用与研究现状,分析国内外研究差距,并展望未来发展方向。     

面向立方星的相对位姿测量视觉传感器设计

针对立方星在轨服务任务中的近距离相对导航问题，提出一种相对位姿测量视觉传感器设计。为应对空间复杂的光照条件，设计一种具有多层结构的立体靶标，选取波长为850nm的LED灯作为立体靶标的光源。在相机镜头处安装850nm的红外窄带滤镜以提高立体靶标成像质量。为提高视觉传感器的测量精度，提出一种迭代直接求解(iterative direct solution, IDS)的相对位姿估计算法。该算法直接利用立体靶标上的非共面点提供的深度信息获得初始相对位姿，然后引入Haralick迭代算法来优化初始测量结果。搭建六自由度实验平台对该视觉传感器进行性能测试。实验结果表明,该视觉传感器能克服背景光的干扰，且提出的 IDS相对位姿估计算法的精度优于经典的P3P算法和EPnP算法。     

基于LSTM的空间机器人系统惯性张量在轨辨识

在空间机器人抓捕目标的过程中，整个系统的惯性张量会随时间变化且在目标被捕获瞬间发生突变，这会严重影响整体姿态控制的精度。针对以上问题，提出了一种基于长短期记忆（LSTM）的系统惯性张量在轨实时辨识方法。首先，对于目标捕获前后的2个阶段，利用拉格朗日方程建立了空间机器人的动力学模型；然后，基于所建空间机器人模型采用域随机化方法生成足量训练数据，并用其对由LSTM网络与多层全连接网络构建的参数辨识网络进行训练；最后，使用训练好的参数辨识网络对系统惯性张量进行辨识。数值仿真结果表明：所提方法能够精确辨识空间机器人抓捕过程中的系统惯性张量，所研究系统的主惯量平均相对辨识误差小于0.001，惯性积的平均相对辨识误差小于0.01。     

30cm离子推力器在轨环境下的工作点及热控措施研究

栅极间距变化是影响离子推力器在轨环境下从冷态条件正常点火启动的重要因素，同时也决定了离子推力器的在轨工作时机和热控实施策略。本文采用有限元仿真与地面热平衡试验验证相结合的方法，建立起30cm离子推力器有限元分析模型并进行了模型校验，之后对离子推力器在轨受太阳光照影响的栅极温度场分布和间距变化，以及推力器在5kW工况下的三个典型温度点所对应的栅极间距变化进行了仿真分析，最后考虑了主动热控干预对推力器最恶劣工作点的栅极间距变化影响。结果显示：纯太阳光照影响下的栅极组件存在周期性温度变化，栅极最大温差可达到100℃，栅间距缩小量在0.06mm~0.16mm范围内波动；在太阳光照基础上实施60W的主动热控后，栅极最大温差降低至60℃，栅间距缩小量波动范围则变为0~0.03mm；栅极最高温度点和最低温度点分别是推力器冷态启动最容易和最困难的两个工作时机点，两点所对应的启动后屏栅和加速栅最小间距分别为0.22mm和0.04mm；在10W、70W和120W的热控加热功率下，从最低温度点启动后的屏栅和加速栅最小间距分别为0.06mm、0.20mm和0.29mm；采取主动热控措施能够有效降低推力器工作过程中的栅极热形变位移峰值，且加热功率为120W即温控点温度为50℃的主动热控可以满足30cm离子推力器在轨冷态启动时的0.25mm安全栅极间距要求。     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增，在轨卫星故障案例也随之增多，造成许多重大损失。在此背景下，文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法，给出了系统分析流程和方法，通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解，转化为设备级故障，最终通过试验验证将故障定位，同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强，快速易用，定位准确，已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用，效果良好。