Orbit-attitude-vibration coupled dynamics of tethered solar power satellite

A new orbit-attitude-vibration coupled dynamic model of the tethered solar power satellite (Tethered SPS) is established based on absolute nodal coordinate formulation. The Hamilton’s equation of the system is derived by introducing generalized momentum through Legendre transformation. The correctness of the proposed model is verified by an example. The dynamic characteristics of the Tethered SPS are studied using the symplectic Runge-Kutta method. Simulation results show that the orbital radius and the total energy of the system are well preserved. The attitude of the system is unstable when the mass of the bus system is small. However, the attitude stability is dependent on some other parameters of the system, which requires further studies. It is also found that the average tether force/deformation can be roughly estimated by simplifying the solar panel as a particle. The proposed model can be used to study the orbit-attitude-vibration coupled dynamics and control problems.     

惯性参数对飞翼体自由度颤振特性的影响规律研究

飞翼飞行器刚体短周期模态频率较高,易与一阶弹性弯曲模态耦合发生一种特殊的颤振——体自由度颤振。采用风洞实验与频域计算相结合的手段,开展了惯性参数(俯仰转动惯量、质心位置)对飞翼飞行器体自由度颤振特性(颤振速度和颤振频率)的影响规律研究。实验和计算结果表明:俯仰惯量和质心位置会明显改变体自由度颤振频率与速度,颤振实验与计算结果一致性较好。俯仰惯量增加,颤振频率降低,沉浮约束时颤振速度基本不变,沉浮自由时颤振速度增大;质心位置前移,俯仰模态频率与阻尼同时增加,俯仰与一阶弹性弯曲模态耦合更容易,但发散模态分支的阻尼也更大,导致颤振速度先降低后增大,颤振频率单调增加。     

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。     

金属微滴水平喷射关键参数调控机制及试验

均匀金属微滴喷射3D打印技术是一种极具应用前景的空间金属增材制造技术，明晰其重力敏感度是实现该技术空间化应用的前提。在地基条件下，将熔滴喷射沉积方向翻转至水平状态是直观反映其打印过程重力效应的有效方法。针对熔滴水平稳定喷射调控的难题，建立了熔滴水平喷射流体力学模型及压电激振动力学模型，通过试验，探究了熔滴水平喷射不稳定形成机制，明晰了不同喷射行为下的激振特性，揭示了熔滴水平稳定喷射调控规律。结果表明：压电模块驱动信号（脉宽、幅值）对激振杆振动特性影响极为显著，激振杆行程随幅值或脉宽的增加呈现出先增加后减小的变化规律；通过改变激振杆振动特性可调控熔滴直径、初始喷射速度及喷射稳定性，熔滴直径随幅值增大而减小，但受脉宽影响不大，而喷射速度与幅值及脉宽均正相关。基于此，试验得到了尺寸均匀的金属熔滴，并水平沉积打印出与设计模型一致的结构特征。     

基于机器学习的空间翻滚目标实时运动预测

借助监督式机器学习（ML）方法，对空间翻滚目标的运动状态预测问题进行研究，为空间机器人抓捕空间翻滚目标提供可靠的数据依据。基于物理模型的运动预测方法依赖理想的建模假设，需要连续的视觉反馈信息，解决目标预测问题的能力有限。因此，本文采用机器学习中纯数据驱动方式的稀疏伪输入高斯过程（SPGP）回归方法进行空间翻滚目标的运动预测。给定空间翻滚目标运动状态的历史观测数据，通过连续优化真实观测数据，得到稀疏的伪训练数据集，进而在线快速预测目标的运动状态，预测的计算效率达到毫秒级。此外，利用马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）法处理连续优化过程，克服由于随机初始值造成的优化过程陷入局部极小值问题。利用Snelson数据验证了所提稀疏伪输入高斯过程回归方法的正确性，并通过4组仿真算例验证了所提方法对于空间翻滚目标运动预测的有效性和鲁棒性。     

面向航天器微低重力仿真的大型超平支撑平台精密装配技术研究

大型超平支撑平台作为航天器微低重力仿真的大型精密试验设备,具备大尺寸、高承载刚度、全自动精密调节等特点。通过对大型超平支撑平台装配要求及难点分析,构建装配系统组成,制定装配工艺流程,设计调节机构及调节工艺流程,并针对虚拟轮廓构建、精密测量、装配路径规划、调控策略等数字化自动装配关键技术进行研究,最终实现大型超平支撑平台的快速、精密测量与调节,高效率、高质量地完成200块平台的精确装配。     

Equatorial anomaly according to the Interkosmos-19 data and IRI model: A comparison

The comparison of the IRI model with the foF2 distribution in the equatorial anomaly region obtained by topside sounding onboard the Interkosmos-19 satellite has been carried out. The global distribution of foF2 in terms of LT-maps was constructed by averaging Intercosmos-19 data for summer, winter, and equinox. These maps, in fact, represent an empirical model of the equatorial anomaly for high solar activity F10.7 ~ 200. The comparison is carried out for the latitudinal foF2 profiles in the characteristic longitudinal sectors of 30, 90, 210, 270, and 330°, as well as for the longitudinal variations in foF2 over the equator. The largest difference between the models (up to 60%) for any season was found in the Pacific longitudinal sector of 210°, where there are a few ground-based sounding stations. Considerable discrepancies, however, are sometimes observed in the longitudinal sectors, where there are many ground-based stations, for example, in the European or Indian sector. The discrepancies reach their maximum at 00 LT, since a decay of the equatorial anomaly begins before midnight in the IRI model and after midnight according to the Interkosmos-19 data. The discrepancies are also large in the morning at 06 LT, since in the IRI model, the foF2 growth begins long before sunrise. In the longitudinal variations in foF2 over the equator at noon, according to the satellite data, four harmonics are distinguished in the June solstice and at the equinox, and three harmonics in the December solstice, while in the IRI model only two and one harmonics respectively are revealed. In diurnal variations in foF2 and, accordingly, in the equatorial anomaly intensity, the IRI model does not adequately reproduce even the main, evening extremum.     

GEO/IGSO混合区域导航星座的设计与优化算法

区域导航星座能够以较低成本和较短时间获得目标区域导航能力，且地球同步轨道是构建非极区区域导航星座的重要轨道类型。提出一种基于GEO（地球静止轨道）和IGSO（倾斜地球同步轨道）的区域导航星座设计方法。基于星下点轨迹特性构造对称星座设计参数和优化参数集，并考虑地球扁率长期摄动影响，计算星座轨道参数。以导航服务区的统计GDOP（几何精度因子）为目标函数，利用差分进化算法构建星座优化模型。以印度IRNSS的7星星座为例，仿真检验了设计和优化算法的正确性，讨论了IRNSS星座优化构型和轨道类型选取。本方法采用的对称星座设计参数少，能够提升GEO/IGSO混合区域导航星座的全局优化效率，为后续非对称星座快速提供最佳星数和构型设计。     

仿壁虎刚毛阵列对卫星表面吸附能力模型与计算

壁虎脚的粘着机理对航天机器人脚掌的研制和开发具有重要启发意义.通过单根刚毛与光滑表面黏着力模型与计算、卫星粗糙表面分布模型与接触概率与计算、刚毛阵列与卫星粗糙表面黏着力模型与计算等，分析仿壁虎刚毛阵列对卫星表面的吸附能力，发现在一定条件下仿壁虎刚毛阵能够在太空失重环境中黏着在卫星表面，对航天舱内爬行机器人、管道机器人的研制和开发具有重要的启示意义.     

基于状态观测器的空间机械臂关节故障诊断

为了实时检测空间机械臂关节故障的发生并获得有效的故障信息，提出一种基于状态观测器的关节故障诊断方法。通过结合滑模变结构控制理论设计滑模状态观测器，获得机械臂各运行状态的残差信息，并将其与设定的阈值比较，实现关节故障的检测。进而引入不同的故障模式，构建故障数据库，将实际关节故障所导致的机械臂故障残差信息与故障数据库对比，完成故障发生位置及其故障程度的识别。所提诊断方法考虑了空间机械臂系统内部强耦合特性，能够及时检测故障的发生并获取有效的故障信息。最后以7自由度空间机械臂为对象开展数值仿真研究，验证了所提关节故障诊断方法的有效性。