航班化航天运输系统对动力的发展需求与技术挑战

结合航班化航天运输系统的概念特征及后续发展思路,首先研究了航班化航天运输系统动力技术的特征需求,并从1h全球抵达和天地往返运输系统建设以及空间转移运输系统建设两个方面提出对动力技术的总体发展需求,最后从明确发展路线、转变设计理念、加强基础研究和发展新型动力这4个方面,提出我国发展航班化航天运输系统的动力技术挑战.     

航班化航天运输系统发展展望

航班化运输已成为航天运输系统发展的重要目标。聚焦航班化航天运输系统未来发展,首先分析了发展需求,提出了航班化航天运输系统概念组成、发展目标和指标要求,总结了国内外发展态势,最后从重复使用航天运输系统建设和空间转移运输系统建设两个方面,展望了我国航班化航天运输系统的未来发展。     

航班化航天运输系统中的控制问题

航班化航天运输是航天运输系统未来发展的重要方向。聚焦中国航天强国发展目标以及航班化运输系统发展需求,首先从系统组成、发展路线、面临的环境变化、任务特点等维度分析了航班化航天运输系统面临的挑战,进而提出航班化航天运输需要智能赋能、信息驱动,在此基础上从运营体系、控制架构、理论基础等方面总结了航班化航天运输需要解决的控制问题,并对未来发展做出了展望。     

基于Orbiter的航天器升力式再入特性仿真

升力式再入是指航天器进入大气层时产生一定可控升力,对提高落点精度具有重要意义。为了研究升力式再入的动力学特性,采用Orbiter模拟器的应用程序接口,在其飞行动力学模型基础上,对航天器从低轨道升力式再入返回过程进行仿真。通过仿真试验,分析热流、过载、动压等参数的变化规律,初步摸清了升力式再入的动力学特性,并对升力式再入和弹道式再入仿真结果参数进行了比较和分析,结果表明升力式再入能很好解决过载和热流峰值高的问题。     

航天动力发展的生力军——液氧甲烷火箭发动机

液氧甲烷火箭发动机具有成本低、性能好、重复使用、维护方便等优点,是极具发展潜力的未来航天动力。北京航天动力研究所在十一五期间开展了60t级液氧甲烷火箭发动机原型样机研究。进行了甲烷液氧气液缩尺喷注器燃烧试验和甲烷液氧液液喷注器低混合比燃烧试验,了解了甲烷液氧的燃烧特性、点火特性等。开展了涡轮泵和阀门等组件适应性研究。研究表明,液氧甲烷发动机燃烧稳定性好,易于维护,是未来航天的理想动力选择之一。     

升力式飞行器集结轨迹实时规划方法

针对升力式飞行器在强干扰环境下集结的问题,提出一种可达时间快速计算方法以及集结轨迹规划方法。在满足平衡滑翔条件的前提下,提出能量航程剖面上最快到达与最慢到达对应的两种轨迹模式,推导了两种轨迹满足的条件,基于双层牛顿割线法,构建一种可达时间实时求解方法,形成了升力式飞行器集结轨迹实时规划方法。仿真结果表明,提出的集结轨迹规划方法能够完成未知强干扰作用下升力式飞行器的实时集结轨迹规划。     

升力式再入飞行器的先进控制方法研究

为克服升力式再入飞行器现有分段控制方法的缺陷,根据动力学模型,将滑模变结构控制和神经网络动态逆法控制分别用于飞行器再入控制的外环与内环回路。建立了控制模型并进行仿真。理论分析和仿真结果表明,采用该法无需大量的增益调节,能自动适应非线性、强耦合的对象特性,以及环境的剧烈变化,减小不同飞行条件下对气动和结构参数的依赖性,自动补偿不确定因素和扰动,能较好地实现飞行器的再入控制。     

未来航天运输系统的可靠性和安全性问题

从载人航天和多次重复使用的角度对未来航天运输系统的可靠性和安全性进行了探讨.运载火箭通常把可靠性指标作为系统可靠性设计的主要依据.重复使用对航天系统设计有很大的影响.为了具有高可靠性,未来的航天系统将普遍采用冗余技术和降额技术.应急处理、救生和故障检测等是载人飞行必须优先考虑的问题.航天运输系统安全性还包括:系统工作性能变化的影响分析;能源隔离;有毒介质、材料和废气的处理;损伤危害程度分析;应急情况下的各种解决途径.     

升力式再入侧向制导的无奇异方位误差算法

升力式再入侧向制导的传统方位误差算法在地球南北极点处有奇异,在极点附近呈现病态;使用该算法的侧向制导律在极点处无法产生制导信号,在极点附近制导信号错乱。根据方位误差的物理意义,结合无奇异的再入飞行器质心运动方程,利用位置和速度三元数,提出了无奇异的方位误差算法。针对某假想的在极区再入的升力式再入飞行器,在固定纵向控制参量的情况下,进行仅检测侧向制导在极区的有效性的再入过程仿真。算例显示,对于同一侧向制导律,使用无奇异算法可避免传统算法在极区存在的奇异性问题。此外,新算法的计算细节无需因地球模型和再入飞行的地域不同而进行调整,与传统算法相比有更好的普适性,适合需要满足全球到达飞行任务要求的制导律使用。     

升力式飞行器最短返回时间离轨点设计方法

针对升力式飞行器升阻比较大、横向再入机动能力较强的特点,提出了一种综合考虑着陆场位置、返回时间和离轨燃耗约束的最短时间离轨点设计方法。首先,在飞行器运行轨道和着陆场位置给定的条件下,求解了着陆点与星下点轨迹的最小横向距离,并考虑位置及时间约束,根据再入可达域参数确定了再入航程角和再入时间范围。其次,考虑离轨燃耗约束,推导了再入角给定时离轨航程角和离轨时间的解析计算方法,采用牛顿迭代法求解二者取值范围。最后,依据离轨段及再入段航程角范围确定了离轨窗口,用非线性优化方法求解了返回时间最短的离轨点位置。数值仿真表明,所提方法能实现多约束下的飞行器最短返回时间离轨轨道计算,具有较好的适应性,可为航天器离轨方案设计提供参考。     

反舰武器系统精确打击体系及其关键技术

精确打击是未来武器系统发展的必然趋势。首先对精确打击武器的概念、内涵及分类进行了界定;其次结合制导武器系统的特点,以中远程精确打击为背景,给出了一般意义下精确打击系统体系构成及功能划分;最后结合对海打击的具体特点,梳理给出了对海精确打击的关键技术。     

升力体外形设计的代理模型优化方法

面向飞行器概念设计提出了一种将类型函数/形状函数变换技术与代理模型技术及全局优化算法相结合,实现升力体外形多目标优化的设计策略。类型函数/形状函数变换技术能够通过调整少量尺寸参数或类型函数/形状函数控制参数衍生出多种设计构型。选用最优拉丁超立方抽样完成实验设计,将径向基函数作为近似方法构建代理模型,并通过序贯采样后验策略改善代理模型拟合优度。在Ma 6,迎角20°设计点处搭建了升力体简化外形的气动分析代理模型。应用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法实现了以升阻比和容积利用率最大化为目标的折衷优化,得到包含一系列改进设计方案的Pareto-解集,其中,各构型目标响应相对实际分析值误差均在6.1%以内,表明该方法既可以通过代理模型大幅提升设计效率,降低应用全局优化算法的计算复杂度,又能够得到满足概念设计精度需要的设计方案,有利于概念设计中定量高效地实现多个设计目标的折衷优化,明确飞行器外形修改方向。
     

空间任务人机协同作业内涵及关键技术问题

论述了空间任务人机协同作业的内涵,指出其与其它人机关系相比具有平等性、独立性和协同性的特点;分析了国内外相关研究情况,得出目前人机协同作业研究大多集中在人机交互领域,缺乏对顶层的研究;指出需要重点关注的人机任务分配、人机安全控制和人机信息交互三个关键问题,并提出了我国开展空间任务人机协同作业的发展建议,如与遥操作技术的发展和应用紧密结合、充分注重在轨演示、应当先采用人主机辅的模式等。     

组合动力空天飞行器关键技术

针对组合动力系统的工作特征和空天飞行器的任务特点,总结组合动力空天飞行器面临的主要问题,并梳理了该类飞行器存在的主要关键技术。从气动布局、机体/推进一体化、热防护/热管理、制导、控制、地面和飞行试验等方面,详细阐述各类关键技术存在的难点,总结各类技术的发展现状,并分析给出未来可能的发展途径和方向。相关研究可指导未来组合动力空天飞行器的技术攻关。     

可重复使用空间往返运输系统的最新发展

可重复使用的空间往返运输系统具有广泛的军事用途和商业应用前景 ,因此成为各国争相发展的目标。本文简要介绍了世界主要航天国家在重复使用运输系统方面的发展情况、技术特点和发展趋势     

中国下一代运载火箭结构技术发展方向与关键技术分析

结构是运载火箭的"脊梁",主要承担火箭发动机推力传递、燃料贮存等功能,并为有效载荷、控制、测量等系统及单机设备提供安装和保护。对国外运载火箭结构技术发展现状进行分析,结合未来我国运载火箭的研制发展需求,展望我国下一代运载火箭结构技术发展方向,提出支撑我国下一代运载火箭结构的关键技术,为我国运载火箭结构技术的发展路线探索和战略规划提供参考。     

空间科学规划及对航天运输系统的需求

空间科学不仅能够推动我国在基础科学研究领域取得重大科学突破,还能够有效牵引、带动航天高新技术的发展。中国科学院空间科学战略性先导科技专项是"十二五"时期我国空间科学领域最重要的系统性进展,开启了中国空间科学发展的新篇章。"十三五"时期,我国将继续研制、发射一系列新的空间科学卫星,这对航天运输系统提出了新的技术发展需求。发展空间科学必将推动我国的航天强国、世界科技强国建设进程。     

空间站大机械臂锁合末端效应器设计及关键技术研究

论文首先对机械臂末端效应器的研究发展概况进行综述,对国内外典型的末端效应器的功能、技术指标、适应性特征进行综合对比分析;其次对大机械臂锁合末端效应器的结构组成、工作原理及特点进行介绍,并对其发展趋势进行分析;最后结合国内研制现状重点对锁合式末端效应器的关键技术进行研究分析。论文研究工作对于我国即将开展的空间站机械臂建设具有参考价值。     

国外航天运输系统发展战略和趋势分析

作为航天技术的基础,航天运输系统的技术水平代表着一个国家自主进出空间的能力。确保安全、可靠、快速、机动、廉价、环保地进出空间,不仅是未来实现迅速部署、重构、扩充和维护航天器的基础,也是大规模开发利用空间资源的前提。当前航天运输系统的发展正处于一个能力转型阶段,航天运输系统的概念、任务和总体技术要求都发生着根本性变化。