超导重力仪器:机遇与挑战

超导重力仪器是利用超导电性构建的精密相对重力测量仪器，其工作于4.2K液氦温度，具有仪器固有噪声低、稳定性好的特点。阐述了超导重力仪和超导重力梯度仪两种仪器的工作原理与技术特征，简要介绍了作者所在课题组超导重力仪器研制的进展情况。分析了我国资源勘查用航空超导重力梯度仪研制所面临的机遇与挑战，提出了应对技术挑战的策略方法。     

一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨展开试验

文章对中国“新技术验证一号”卫星搭载的一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨试验情况进行了介绍。重力梯度杆在小卫星控制领域中具有较好的应用前景,而充气结构具有轻质、占用空间小、发射成本低的特点,采用充气式重力梯度杆可避免传统机械式重力梯度杆质量重、尺寸大和机构复杂的缺点,它以充气伸展臂为主要结构形式,通过充气展开伸直成为重力梯度杆,既作为卫星重力梯度杆又通过在轨试验验证空间充气展开结构的性能。在轨试验结果表明充气式重力梯度杆展开稳定、有序、性能可靠,可以满足小卫星的性能和功能要求。该试验也是中国首个成功的充气展开结构在轨技术验证试验,标志着中国的充气展开结构技术初步具备了工程化能力。     

重力梯度对自由漂浮空间机器人姿态扰动分析

分析重力梯度对在轨运行的自由漂浮空间机器人姿态运动影响。由Lagrange方法建立自由漂浮空间机器人受重力梯度扰动的非线性动力学模型。首先,考虑无控关节自由状态,分析重力梯度对关节运动的影响。其次,利用相平面轨迹分析重力梯度对自由漂浮系统姿态运动影响。最后,由速度偏差曲线分析重力梯度对机械臂的影响。结果表明,当作用时间接近轨道周期或更长时,重力梯度引起的关节偏差已十分显著,且这种扰动作用主要由轨道偏心率决定;关节锁定时俯仰姿态受扰运动有周期振动与翻滚两种形式,若初始角速度满足一定限值可以保证俯仰运动不发生翻滚;当机械臂长时间工作时,忽略重力梯度将产生明显的末端定位误差。     

动基座重力梯度仪技术及其应用

本文首先阐明了动基座重力梯度测量的重要意义，在分析了当前国内外动基座重力梯度仪研究现状的基础上，重点阐述了旋转加速度计重力梯度仪的测量机理，探讨了其中的一些关键技术和解决设想，同时就其自身特点提出了可能的应用领域。     

GOCE:精准称量地球

在度过了几乎致命的危机之后,太空中最灵敏的重力探测器终于恢复了元气,继续为科学家提供可靠的数据。2010年夏天,地球物理学家赖纳·鲁梅尔(Reiner Rummel)接到了一个让     

基于单轴旋转调制的重力梯度全张量测量方法研究

建立正确合理的重力梯度测量模型对于实现重力梯度测量具有重要作用。本文从动力学基本原理和牛顿第二定律出发,推导了加速度计敏感轴分别沿转盘切线方向和转盘转轴方向安装时,加速度计的输出与重力梯度张量间的关系式,式中的各项均具有对应的物理含义,可通过直接测量或计算得到。本文还利用仿真模型对新的重力梯度全张量的测量方式的可行性进行了分析,结果表明,利用新的测量方式计算得到的“伪测量值”与理论计算值间的误差小于1E,证明该测量方式是可行的。最后,论文讨论了这种新测量方式在实际应用中可能出现的问题及解决方案。     

用于重力梯度仪标校的引力产生装置轨迹优化方法

本文主要讨论一种利用引力产生装置轨迹的移动进行引力梯度测试、标定和校准的方法。首先研究了引力产生装置对重力梯度测量系统的作用力影响,给出旋转式重力梯度仪的测量原理,推导了引力产生装置在重力梯度仪测量系统中的引力梯度信号输出表达式。文中设定了引力梯度测试参数,比较引力产生装置在空间中的不同位置移动区域产生的引力梯度信号的输出变化范围,确定引力产生装置的最佳轨迹。最后对重力梯度的测试标校方法作进一步分析。     

重力姿轨耦合效应引起的太阳能电站轨道共振

以任意相控阵天线式空间太阳能电站为研究对象,主要研究了其在轨运行过程中受到的重力姿轨耦合效应对其轨道运动的影响。首先,通过Hamilton原理建立起考虑重力姿轨耦合效应时的姿态运动和轨道运动的方程。其中,任意相控阵天线式空间太阳能电站被简化成刚体,它的重力势能以其结构尺寸和其轨道半径的比值为小量进行泰勒展开,并保留至二阶项。之后,采用解析的方法对方程进行分析,并发现当电站的姿态运动满足一定条件时,其轨道运动将会出现共振现象。此外,重力姿轨耦合效应还会引起空间太阳能电站轨道运动长期的漂移,通过选择合适的轨道运动初始条件可以消除漂移;而且,在一定条件下,重力姿轨耦合效应还会引起轨道运动的发散。最后,数值仿真结果验证了分析的正确性。     

基于强跟踪UPF的重力梯度辅助定位方法

针对重力梯度辅助定位中,存在重力梯度的强非线性分布及系统模型偏差等问题,将STUPF引入匹配定位过程。该方法根据残差信息实时调节系统状态跟踪能力,有效应对模型偏差对定位的影响。基于真实INS数据的仿真实验结果表明,STUPF可达到较好的定位效果,且与标准PF、GPF算法相比,其在定位的精度、稳定性及运算量上具有一定优势。     

基于重力梯度测量系统的组件结构模态分析

重力梯度测量系统设计过程中,对重力梯度旋转平台中仪表的位置特性有严格要求。按照传统的设计流程,等到结构件设计、安装完毕再进行振动试验能充分反映结构的真实位移,但是会消耗大量的时间及人力成本,效率较低。对此,本文采用数值模态分析方法在实际生产之前对整体结构进行了较为详尽的有限元分析,计算出了前十阶模态频率和振型,并且检验了结构设计中的刚度问题。对样机结构进行修改,从而保证了一阶主频率达到539.74 Hz,从而满足了航空搭载的环境要求。对整体结构的模态分析为重力梯度旋转平台工程样机的研制奠定了基础。