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.     

TDICCD相机在轨成像参数自主调整方法

为了改善光学遥感卫星的成像质量，提升卫星操控的灵活性，基于遥感成像理论，提出了依据太阳高度角的卫星在轨成像参数自主调整方法。文中首先讨论了影响卫星遥感成像质量的因素，分析了入瞳辐亮度随太阳高度角的变化规律及在不同侧摆角时，一个轨道周期内相机积分时间的变化范围，并据此建立了太阳高度角、侧摆角与积分级数、增益的对应关系。然后分析了太阳高度角和侧摆角的最佳分挡策略，最终得到了可用于卫星在轨成像参数自主调整的二维查找表，以实现卫星在轨成像参数自主调整。利用该方法可提升图像的辐射质量，极大减少了地面上注的数据量。     

考虑局部遮挡的太阳能无人机能源控制

针对太阳能无人机在飞行状态下可能出现的太阳能电池局部遮挡情况，开展相应的太阳能电池最大功率点追踪算法和能源控制研究。通过将发光亮度引入相对吸引力计算过程对萤火虫算法进行改进，实现了局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的高效追踪。以此为基础，设计了考虑局部遮挡情况下太阳能无人机的太阳能电池/蓄电池混合能源状态机控制规则。以"蒲公英I"无人机为例，建立了太阳能电池阵列模型，开展了考虑局部遮挡情况下太阳能电池最大功率点追踪仿真实验；基于"蒲公英I"飞行剖面，开展了考虑局部遮挡情况的混合能源控制仿真试验。研究结果表明：改进的萤火虫算法可以实现在局部阴影情况下太阳能电池最大功率点的有效跟踪，与萤火虫算法相比收敛时间更短、且功率波动幅度更小；采用改进萤火虫算法和状态机能源管理策略，在考虑局部遮挡的飞行状态下可以实现太阳能电池/蓄电池之间的合理功率分配与控制。     

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件，依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数，研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡，充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电，在午后下滑过程中利用全部光伏输出，以最大化利用光伏资源；在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑，使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率，提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力，或者拓展这几种飞行条件的组合域，优化太阳能飞机的适用性。     

SSPS-OMEGA超大型球形聚光器结构拓扑构型与设计

为同时兼顾千米量级尺度空间太阳能电站聚光系统的在轨发射安装难度、光学收集效率、稳定性及结构工艺等多方面的因素，提出采用基于球面正多面体的经纬线划分法模块化构建球形聚光器。该方法不仅可实现基础划分单元分布均匀、规格种类少，降低在轨构建与运载发射难度。而且只要合理控制弧高等分数和基础划分单元的口径就可以同时保证聚光系统的光学收集效率。理论与仿真结果显示，当弧高等分数为24时，该划分法共有25种基础单元件，整个球面被分成5762块。并且此时模块化构建的实际球形聚光器的光学收集效率与理想球面相比基本保持不变，解决了太阳能电站聚光系统设计中存在的关键问题。     

考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素，建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型，对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析，获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性，分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明：合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件；根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显，进而影响到展开框架展开过程的稳定性，对转角和角速度几乎没有影响；在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙，并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响；研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。     

An improved numerical method for constructing Halo/Lissajous orbits in a full solar system model

An improved numerical method that can construct Halo/Lissajous orbits in the vicinity of collinear libration points in a full solar system model is investigated. A full solar system gravitational model in the geocentric rotating coordinate system with a clear presentation of the angular velocity relative to the inertial coordinate system is proposed. An alternative way to determine patch points in the multiple shooting method is provided based on a dynamical analysis with Poincare′sections. By employing the new patch points and sequential quadratic programming, Halo orbits for L_1, L_2, and L_3 points as well as Lissajous orbits for L_1 and L_2 points in the EarthMoon system are generated with the proposed full solar system gravitational model to verify the effectiveness of the proposed method.     

大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数，能够有效提高太阳能无人机的能量利用率，使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面，介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架；在续航评估方面，分析了目前的指标设计和应用方法；在能量管理策略方面，从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度，梳理了当前的研究现状。最后，对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

空间太阳能电站统一调度设计及电能管理分析

针对多旋转关节空间太阳能电站(Space Solar Power Station, SSPS)，提出一种环形拓扑的电力系统架构。基于功率分层准则对SSPS电力拓扑架构进行设计，提出U1~U7共7个层级、母线电压5000V、功率等级为MW的太阳能电站电力系统。针对分层架构中多太阳电池阵子阵并联(U6层)，提出分层功率平衡统一控制策略，对MPPT控制、MPPT控制+稳定直流母线电压混合控制、MPPT算法+下垂稳定直流母线电压混合控制三种控制方法开展仿真分析。结果表明，提出的基于虚拟阻抗的下垂控制策略可以有效调节、分配功率，解决了空间发电站母线电压无法稳定的问题。     

太阳电池电路深空探测服役环境与关键技术分析

针对月球、火星、木星等不同的深空探测任务，本文通过在轨服役环境分析，说明了火星探测火星表面光谱计算方法、火星光谱太阳电池设计思路、火星表面除尘技术路线及木星探测低温低光强技术风险。结合工程技术经验，给出了特殊任务应用条件下单片太阳电池推算整板输出功率的计算方法，解决了我国尚无特殊条件的瞬态大太阳模拟器作为整板输出功率测试地面模拟光源的工程难题，为相关科研人员提供参考。