航天器在轨释放安全性分析与仿真研究

针对航天器舱内在轨释放任务,文章建立了大型航天器与伴随卫星的动力学模型和运动学模型,并分析了影响释放安全性的主要因素;从保证航天器在轨安全的角度,得到描述释放安全性的最小相对距离计算方法,并利用ADAMS软件对航天器在轨释放过程进行了仿真研究。     

一种小卫星在轨自主测试方法

提出了一种基于星上网络的小卫星系统层面的自主测试方法,能够在较少的人工参与下,可靠地完成卫星的在轨测试。主要测试内容有卫星重要参数监视、遥控指令的自主测试、指定任务的自主测试。该星载自主测试方法是通过软件实现的一种开放式的测试框架,藉此进行卫星上的各种测试。     

在轨释放、分离载荷动力学仿真研究

某些航天器需要在飞行过程中释放、分离载荷,由此涉及的动力学问题,关系到航天器平台与载荷的控制。文章主要对此类航天器的多体动力学问题进行研究,基于机械系统动力学仿真分析（ADAMS）软件平台建立了包括航天器平台、载荷和两类分离机构等在内的仿真模型,通过对三种在轨释放、分离载荷方案的分离过程动力学仿真结果对比分析以及参数化仿真分析,为载荷释放、分离方案设计提供参考。     

基于最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计

提出一种基于星载终端处理设备最小系统的小卫星在轨软件重构系统设计方案。依据星上信息流实现现状,设计重构系统的系统框架,提出星载终端处理设备的最小系统组成、通用功能集和需要满足的整星安全性功能需求。系统中,应用软件程序数据按照注入帧格式通过遥控通道注入到星上,可缓存在星务存储器中再分发给终端目的设备,通过最小系统软件对应用程序进行引导和加载管理,整个过程均有差错控制设计以保证其可靠性和安全性。软件重构试验和容错试验表明,利用该系统可实现星载微计算机软件和FPGA配置数据的可靠上注、可靠存储和可靠加载。     

在轨服务系统评估方案研究

在轨服务系统是复杂的空间应用系统,直观、有效的评估方法将对该系统总体研究工作以及今后的任务实施起到重要的指导作用.为对在轨服务系统完成任务的能力做出科学合理的评估,在把握相关领域技术发展的前提下,建立了在轨服务系统综合效能评估指标体系.运用层次分析法和灵敏度分析的思路.研究了在轨服务系统效能评估方法,为在轨服务系统的建设提供理论参考.     

卫星在轨分离地面试验方案设计及动态仿真分析

多星分离是一箭多星成功发射之关键技术,为保障卫星在轨顺利分离,需要在地面开展相关的分离试验及其仿真验证。本文针对带橡胶夹层的卫星自旋分离过程,进行了卫星分离地面试验方案设计和数值仿真。首先,给出了卫星分离地面试验设计方案;其次,采用自然坐标法分别对不带工装和带有工装的在轨卫星分离过程进行动力学建模及动态仿真分析;最后,研究了卫星-工装整体动力学建模及分离过程中带工装结构和不带工装结构对卫星分离的影响。     

卫星电源系统在轨故障分析及对策

卫星电源系统的在轨高可靠、安全运行已经成为当前卫星研制中关注的重点。文章针对国外卫星电源系统在轨故障案例进行收集和整理,并对故障机理及对策进行了总结,以有助于指导电源系统设计,提高我国卫星电源系统在轨运行的可靠性和安全性。     

静止轨道卫星在轨延寿技术研究进展

随着星上设备及元器件可靠性的提高,推进剂耗尽将成为未来静止轨道卫星的主要失效
模式。静止轨道卫星在轨延寿技术可通过发射延寿飞行器与失效卫星对接,采用辅助控制或燃料加注方式,进一步延长卫星在轨工作寿命。本文首先对近年来静止轨道失效卫星进行了统计和分析,随后介绍了静止轨道卫星在轨延寿技术的基本概念和任务特点,在国外典型项目调研的基础上,对在轨延寿任务所涉及的交会轨迹规划与控制、视觉测量与导航等关键技术进行了分析。在轨延寿技术的发展必将对未来静止轨道卫星的设计及运营模式产生重要的影响。     

在轨服务航天器对失控航天器参数估计算法研究

为获取空间失控航天器运行参数,采用单目视觉在服务航天器上进行在轨参数估计.对于非合作目标航天器以其外形特征直线为观测对象,采用对偶四元数描述相对位置和姿态,建屯视觉相机观测模型和目标器相对运动模型,并以这些模型为基础,以位置、姿态及惯量比为估计变量,推导适合IEKF形式的系统状态方程和观测方程.IEKF虑波在虑波周期内能够对状态更新信息进行多次迭代,进而减少了观测方程线性化引起的误差,确保了整个虑波估计的收敛稳定.最后进行了相关算法的数学仿真,仿真结果表明采用文中设计的虑波算法能够实现相应参数的在轨估计.     

编队飞行小卫星相对姿态控制研究

以四元数作为定位参数对编队飞行小卫星进行相对姿态控制。首先给出了以误差四元数作为反馈量 ,基于参考卫星的相对姿态控制律 ,其次 ,研究了由若干颗相同卫星组成的编队卫星 ,在卫星姿态达到指定的方位时 ,相互之间也要满足一定要求的相对姿态控制律。最后进行了仿真计算 ,说明了两种相对姿态控制的有效性和可行性     

小卫星编队飞行的应用模式分析及展望

自上世纪90年代后期开始,国际上关于小卫星的研究越来越引起世界航天领域的极大兴趣和广泛关注。目前,关于小卫星及其应用研究也已进入了一个新的阶段。作为小卫星应用的一个重要方面,小卫星的编队飞行技术也被普遍认为是未来小卫星应用模式的必然趋势。正因为如此,在近10年的发展过程中,包括美国航宇局、喷气推进实验室、美国空军和欧空局在内的多家著名航空航天研究机构都斥资开展了多个编队飞行任务,小卫星编队飞行技术及其应用研究已经取得了相当的成就。     

一种观测我国海岸线和近海的小卫星编队飞行方案

采用小卫星沿航向编队飞行方案,对我国海岸线和近海500多万平方千米面积每相隔几小时就能观测一次,若需要针对关键地区,则采用无人机进行更详细、更精确的观测。目前无人机先进遥感器成像分辨率为几厘米,续航时间几十小时。卫星和无人机结合可完全满足所有突发事件观测的要求。文中首先论述对海岸线和近海观测的时间和空间分辨率要求;其次讨论小卫星沿航向编队飞行的轨道设计,以及重访时间为几小时观测系统的实现途径。文章仅提供一个新方案设想,但采用这种1天回归轨道卫星沿航向编队飞行的方法,对其他地区提高观测时间分辨率也有普遍的应用意义。     

卫星编队飞行队形重构防碰撞方法研究

队形重构技术是卫星编队飞行领域研究关键问题之一.多颗卫星近距离编队队形初始化、队形调整及重构,卫星之间相对距离变化带来碰撞问题不可忽视.根据卫星间相对位置关系建立队形重构过程中碰撞概率函数表征该过程碰撞发生可能性,研究表明故障卫星的初始相位角及备份卫星进入编队的初始角度对碰撞概率有较大影响.根据Lyapunov稳定性理论设计改进LQR控制器,在保证队形调整控制精度不需增加过多调整时间及能量消耗的同时,可有效降低碰撞概率.碰撞概率计算方法、控制器设计及所得相关结论,对研究卫星编队队形重构过程星间防止碰撞问题具有一定意义.     

基于Lyapunov最小-最大方法的卫星编队飞行队形保持

提出一种卫星编队飞行队形保持的鲁棒控制方法.将环境摄动、推力误差等因素作为干扰项加到相对动力学方程中.然后对于该不确定系统,采用Lyapunov最小一最大方法设计相应的控制律,在存在干扰的情况下,采用该控制律仍然能保证系统渐近稳定.同时针对经典的Lyapunov最小一最大方法导致的控制颤振问题,进行了改进,证明了改进后的控制律能够实现系统的一致终极有界,同时消除颤振.通过仿真,验证了采用Lyapunov最小-最大方法在系统存在干扰的情况下,比一般控制方法具有更强的鲁棒性.     

编队飞行卫星的自适应姿态协同控制

研究了双星编队飞行系统的姿态控制问题.在卫星转动惯量参数不确定下,给出两种编队飞行卫星的自适应姿态协同控制算法.第二种自适应协同控制算法,在实现对转动惯量参数的实时辨识的同时,还能够解决控制输入饱和问题.通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.     

卫星编队连续推力控制的燃料平衡方法

在卫星编队飞行中,编队重构等机动过程会导致整个编队卫星之间燃料消耗不均匀,甚至出现某一成员卫星燃料消耗完,而导致整个编队构型提前结束乃至任务失败。针对该问题,文章提出了在卫星编队轨道重构过程中可采用的一种燃料平衡方法,即基于连续推力控制,以燃料最优为控制目标,通过建立燃料消耗函数,推导了不同相位角及重构半径时的最优控制加速度,通过减小各从星之间的燃料消耗函数的差异,使得不同成员卫星燃料消耗差别最小。编队卫星燃料平衡程度取决于初始相位角,文章给出了最佳初始相位角的表达式。最后,对以一主二从的三星编队在从星轨道重构中的从星燃料平衡问题进行了仿真,分别验证了卫星编队连续推力控制方法和编队卫星燃料平衡方法的正确性和有效性。     

大椭圆轨道卫星编队T-S模糊控制

针对椭圆轨道卫星编队的相对运动模型参数大范围变化的情况,设计了基于T-S模糊模型的渐近跟踪控制器。该方法对非线性系统在一些选定工作点进行线性化,针对每一个线性模型采用LQR方法设计了局部渐近跟踪控制器。在此基础上,以卫星轨道角速度为前件,局部线性模型为后件,构造T-S模糊控制系统。然后采用线性矩阵不等式(LMI)方法分析系统的稳定性,保证系统的大范围渐近稳定。仿真结果验证了该控制系统能在大范围参数变化下工作良好。     

卫星编队飞行姿态协同输出反馈控制

研究了双星编队飞行系统的姿态协同控制问题。首先考虑在角速度不可测情况下,给出一种分布式姿态协同输出反馈控制方案,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全
局渐近稳定性。然后在控制输入饱和时给出了另一种输出反馈控制方案。通过在控制方案中引入双曲正切饱和函数,得出只需控制参数的选取满足某一限制条件,就能有效地抑制控制力矩的饱和。最后对给出的算法进行了数学仿真。结果表明,所设计的控制算法是可行的、有效的。     

国外编队飞行干涉SAR卫星系统发展综述

首先简述了"干涉车轮"(Cartwheel)干涉SAR星座计划的基本情况,继而针对德国X频段陆地合成孔径雷达-附加数字高程测量(TanDEM-X)编队干涉SAR系统的性能指标要求、工作模式、系统实现、在轨运行应用情况进行了介绍。重点针对TanDEM-X的基线测量、星间同步和自主编队控制3项关键技术采取的技术途径和达到的性能指标进行了深入调研分析,并针对其中值得改进的时间同步方法提出了具体的改进措施,最后,从系统总体设计和关键技术两方面归纳了对其他类似系统研制的启示。