基于光学测角数据的风云四号同步轨道卫星精密定轨

针对风云四号同步卫星的精密定轨和精度评估需求，首先利用地面光学测角数据对FY-4A卫星进行精密定轨，定轨后方位角和高度角的残差rms分别为0.25＂和0.45＂。与基于测距数据的轨道相比，位置精度在有测角数据的弧段内小于50m。进一步联合测角数据和测距数据对FY-4A卫星进行联合定轨，定轨后轨道重叠精度优于15m。利用联合定轨结果评估了基于测距数据的实时轨道产品精度，可以明显发现轨道精度随着测距数据的积累而逐步提高。     

An empirical solar radiation pressure model for satellites moving in the orbit-normal mode

We present a family of empirical solar radiation pressure (SRP) models suited for satellites orbiting the Earth in the orbit normal (ON) mode. The proposed ECOM-TB model describes the SRP accelerations in the so-called terminator coordinate system. The choice of the coordinate system and the SRP parametrization is based on theoretical assumptions and on simulation results with a QZS-1-like box-wing model, where the SRP accelerations acting on the solar panels and on the box are assessed separately. The new SRP model takes into account that in ON-mode the incident angle of the solar radiation on the solar panels is not constant like in the yaw-steering (YS) attitude mode. It depends on the elevation angle of the Sun above the satellite’s orbital plane. The resulting SRP vector acts, therefore, not only in the Sun-satellite direction, but has also a component normal to it. Both components are changing as a function of the incident angle. ECOM-TB has been used for precise orbit determination (POD) for QZS-1 and BeiDou2 (BDS2) satellites in medium (MEO) and inclined geosynchronous Earth orbits (IGSO) based on IGS MGEX data from 2014 and 2015. The resulting orbits have been validated with SLR, long-arc orbit fits, orbit misclosures, and by the satellite clock corrections based on the orbits. The validation results confirm that—compared to ECOM2—ECOM-TB significantly (factor 3–4) improves the POD of QZS-1 in ON-mode for orbits with different arc lengths (one, three, and five days). Moderate orbit improvements are achieved for BDS2 MEO satellites—especially if ECOM-TB is supported by pseudo-stochastic pulses (the model is then called ECOM-TBP). For BDS2 IGSOs, ECOM-TB with its 9 SRP parameters appears to be over-parameterized. For use with BDS2 IGSO spacecraft we therefore developed a minimized model version called ECOM-TBMP, which is based on the same axis decomposition as ECOM-TB, but has only 2 SRP parameters and is supported by pseudo-stochastic parameters, as well. This model shows a similar performance as ECOM-TB with short arcs, but an improved performance with (3-day) long-arcs. The new SRP models have been activated in CODE’s IGS MGEX solution in Summer 2018. Like the other ECOM models the ECOM-TB derivatives might be used together with an a priori model.     

椭圆轨道卫星对地全球覆盖电推进控制

针对椭圆轨道卫星近/远地点的星下点对全球或特定纬度区域的访问问题，提出一种连续小推力下的对地覆盖控制策略。首先，推导了自然摄动对卫星拱线变化的影响，并探讨了进行小推力覆盖控制的必要性。然后，针对燃料消耗的优化问题，将控制方程展开成含傅里叶级数的形式，用以获得便于星上计算的解析形式的次优解，同时探讨了截取阶数与优化程度的关系。在进行拱线控制的同时，通过合理设置约束，对椭圆轨道的近地点高度进行保护，确保卫星安全运行。仿真结果表明，提出的方法能够以适当的燃料消耗代价实现椭圆轨道的近/远地点的全球覆盖控制或特定纬度区域的反复推扫，且控制力在可接受的范围内。     

火星轨道交会自主导航与制导方法

对火星采样返回任务中的火星轨道交会自主导航和制导技术进行了研究。采用光学自主导航敏感器测量的火星中心方向和视半径，相对敏感器测量的相对位置等观测量，设计了导航滤波器同时估计轨返组合体和上升器的轨道。在导航滤波器设计中，针对光学自主导航敏感器更新频率远低于滤波解算频率的问题，设计了一种连续观测量构造算法，确保每个滤波周期均可进行测量更新，以提高导航精度。基于导航滤波器估计结果，采用T-H制导设计了4脉冲共椭圆交会策略实施轨道控制，从而构成近程交会自主导航和制导方案用于完成火星轨道交会任务。通过数学仿真校验了所提出方法的有效性。     

同步双小行星系统共振轨道设计

研究了同步双小行星系统中共振轨道的设计方法及演化规律。首先，基于双椭球模型建立探测器运动方程，并给出共振轨道初值选取方法。然后，利用改进并行打靶法，提出一种双小行星系统平面共振轨道两步修正方法。同时结合稳定性理论及分岔理论，给出双小行星系统三维共振轨道生成和延拓方法；最后，以双小行星系统1999KW4为例，设计了共振比为1∶1,1∶2,1∶3,1∶4,2∶3的平面和空间共振轨道族，并分析了共振轨道的特性及轨道周期和轨道能量的变化规律。给出的双小行星系统中共振轨道的设计方法具有普适性，对未来双小行星系统探测任务中的轨道设计具有一定的参考意义与借鉴价值。     

基于干扰观测器的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法

由于强非线性、强耦合和强时变等特征，柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战。轻质小型化机器人受空间及重量限制，其关节柔性通常不可忽略，这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的。传统的运动学控制在空载时能保持稳定，但是对大负载、快速运动时的适应性差，严重时机械臂抖动剧烈甚至发散。针对以上特征，提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法。仿真实验证明，该方法可以有效地抑制柔性激振，保证响应的快速性和准确性，同时有较好的鲁棒性，能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求，对工程应用具有一定的参考意义。     

部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道分析

retro-GEO是指逆行（retrograde）地球静止轨道（geostationary Earth orbit, GEO），该轨道与GEO轨道高度相同或相近，但倾角为180°，安装在retro-GEO卫星上的巡视器可每12h对GEO带空间资产附近碎片环境安全预警。直接西向发射retro-GEO卫星存在地面测控和发射能耗较大的困难。基于平面四体模型，为降低设计变量敏感性，以近月点参数为设计变量，建立了部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道设计模型，利用轨道动力学模型延拓策略，得到该类轨道绕月后返回地球飞行时长只能约为114.79h，该结论可用于求解该类轨道高精度轨道动力学模型解。     

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。     

轨控大干扰下的系统角动量管理

摘要： 针对利用角动量交换装置系统实现轨控期间姿态维持的情况，研究当轨控推力器存在大力矩扰动时系统角动量管理方法.结合对地运行航天器轨道运动特性，分析轨控干扰力矩的积累角动量变化规律；考虑角动量管理装置系统的角动量存贮容量，基于角动量积累规律提出了一种结合偏置角动量建立与对称分布轨控位置选择的系统角动量管理方法，实现了对称轨控位置积累角动量互相抵消的自平衡效果，极大程度地提高轨控效率且避免系统角动量饱和现象.所提出的方法适用于喷气欠驱动控制系统，方法的有效性通过了数学仿真验证及在轨型号应用.     

导管装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发

针对运载火箭增压输送系统中的拼焊型管路产品，以实现管路产品焊接的柔性装配为最终目标，开展了装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发。根据拼焊型管路的传统制造模式，焊接装配是采用专用装焊工装保证导管的空间走向和总体尺寸，因而每项导管对应一套专用装焊工装，管路结构的调整将导致原工装的返修甚至报废，造成生产成本高且严重影响导管的研制周期，该问题在研制型号中尤为突出。随着型号越来越多，专用装焊工装数量也显著增多，给工装管理也带来了极大的挑战。本文通过装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发，以导管特征点的坐标为控制指令实现柔性装配系统按照装配要求进行精确走位和定位，以柔性化的装配系统实现不同规格、不同空间走向的拼焊型管路产品的焊接装配。