航天器在轨延寿服务发展现状与展望

航天器延寿服务主要针对寿命末期的在轨航天器,通过采取接管延寿、推进剂在轨加注、故障在轨维修等方式,延长航天器在轨服役时间,进一步提升其在轨应用效能,为用户创造更多价值。文章在对航天器延寿服务需求分析的基础上,调研了近年来国外具有代表性的航天器延寿服务项目,例如轨道快车、任务延寿飞行器、复原-L项目、凤凰计划;分析了延寿服务技术面向实用、突破技术、统筹规划的发展趋势;结合我国空间技术发展实际,提出了加强航天器在轨延寿服务体系研究、加快技术攻关与成果转化、开展前沿技术探索的建议。     

考虑时间状态的敏捷自主在轨服务航天器高维运动规划研究

针对敏捷自主在轨服务航天器自身和所在复杂空间环境等特点,研究其在轨灵巧、精确服务的运动规划问题,提出了以平动、转动和时间为状态的改进的快速搜索随机树高维运动规划方法。仿真算例检验了该规划方法的有效性,结果表明它不仅满足敏捷自主在轨服务航天器在一定约束条件下按照指定时间到达指定地点的高维运动要求,而且对离线与在线规划两种模式也具备较强的适应性。
     

空间平台能力发展趋势分析

随着新需求的不断涌现,空间平台能力已经逐渐成为制约空间应用活动的瓶颈.文章通过对近期国外热点项目,如"轨道快车"、"深度撞击"和"微卫星技术试验"等的研究分析,总结提出了未来空间平台需要显著提升的8种能力,即:在轨机动能力,空间目标识别、跟踪与测量能力,空间信息处理与传输能力,智能自主能力,在轨操作能力,多载荷与任务适...     

国外天基空间目标监视系统发展综述

梳理了美国天基空间目标监视系统发展历史及现状,通过美国发射的典型技术试验卫星和空间监视装备总结出抵近详查卫星、广域监视卫星、子母卫星3个天基空间监视系统发展的方向。详细介绍了典型空间目标监视系统：天基空间目标监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、空间增强型同步轨道实验平台卫星(EAGLE)、快速在轨空间技术和评估环(ROOSTER)。阐述了4种先进空间监视系统的基本信息、任务需求及技术指标。在此基础上,根据美国天基空间目标监视系统技术特点及发展方向,结合国内情况,提出了相关建议。     

我国空间环境试验的现状与发展建议

文章简要回顾了我国空间环境试验的发展历史与现状,并根据我国空间技术发展的需求,从大型复杂航天器环境试验、长寿命航天器环境适应性评估验证与防护、空间环境及其效应在轨飞行实验、月球与深空环境模拟与试验等方面对我国空间环境试验技术发展提出了一些建议。     

空间站的在轨技术(二)——在轨补给

空间的在轨补给技术是航天器主要的在轨服务模式之一。它是延长航天器的有效工作寿命、提高航天器经济效益的主要技术手段。本文在大量掌握材料的基础上,分析了在轨补给技术的现状;概括了空间在轨加注的技术要求;对比了三种典型的在轨加注方案:直接加注,更换贮箱,整体更换推进舵;最后以双组元推进剂加注系统为例,简介系统的结构和工作原理。     

仿生壁虎微纳米黏附阵列的空间应用

采用仿生壁虎微纳米黏附阵列作为在轨服务时的捕获载荷,可为在轨对接提供一种新型模式。文章介绍了在轨对接技术的研究现状,重点介绍了仿生壁虎微纳米黏附阵列的作用原理及研究动态,并分析了其空间应用领域,以及需要突破的关键技术。     

GEO编队空间机器人系统交会方法

针对地球静止轨道（GEO）上被服务航天器的远距离和非合作特点,提出一种高自主、高协同、多任务的编队空间机器人在轨服务系统方案,实现对非合作目标的自主交会接近。首先,分析GEO卫星轨道约束力小的轨道特征和非合作的信息交互特征,给出由操作空间机器人和监视空间机器人组成的编队在轨服务系统,设计交会接近相对测量分系统以及在轨服务飞行任务;接着,给出典型远距离交会接近的多视线相对导航方法与多冲量相对制导律;最后,进行远距离交会任务仿真校验,结果表明编队空间机器人交会接近方法是有效的。     

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.     

空间飞网抛射展开动力学建模与仿真

空间飞网是由轻质绳索编织的在轨展开网状物体,主要用于在轨捕获。作为在轨服务的 关键技术之一,飞网捕获技术受到国际空间技术领域越来越广泛的关注。当前国际上空间飞 网的展开方式主要有三种：旋转展开、刚性构件支撑展开和直接抛射展开。其中,直接抛射 展开方式的发射装置结构最为简单,但飞网的动力学行为最为复杂。本文针对飞网直接抛射 展开的动力学过程,建立了正方形绳网、牵引质量块和发射器机构的力学模型,提出了飞网 抛射效果的衡量标准,分析了影响飞网抛射效果的主要因素。为了分析飞网展开过程,建立 了正方形空间飞网运动的解析模型;应用绝对节点坐标方法建立了正方形空间飞网的有限元 模型,并在软件THUsolver上进行了数值仿真。本文选取多种不同工况,应用上述两类模型 进行计算和仿真,并分析结果数据,得到主要因素对空间飞网抛射效果的影响。两类模型所 得定性结论相一致。
     

在轨服务中空间系绳的应用及发展

针对空间系绳在空间在轨服务中的应用与发展问题,在简述空间系绳传统应用及试验情况的基础上,综述了空间绳系机器人、空间绳网机器人两类新在轨应用方式的研究和发展,主要包括动力学建模、结构设计、相对状态测量、逼近/抓捕控制、拖曳变轨等。最后进一步讨论了空间系绳未来的研究方向。     

Development and experimentation of LQR/APF guidance and control for autonomous proximity maneuvers of multiple spacecraft

This work introduces a novel control algorithm for close proximity multiple spacecraft autonomous maneuvers, based on hybrid linear quadratic regulator/artificial potential function (LQR/APF), for applications including autonomous docking, on-orbit assembly and spacecraft servicing. Both theoretical developments and experimental validation of the proposed approach are presented. Fuel consumption is sub-optimized in real-time through re-computation of the LQR at each sample time, while performing collision avoidance through the APF and a high level decisional logic. The underlying LQR/APF controller is integrated with a customized wall-following technique and a decisional logic, overcoming problems such as local minima. The algorithm is experimentally tested on a four spacecraft simulators test bed at the Spacecraft Robotics Laboratory of the Naval Postgraduate School. The metrics to evaluate the control algorithm are: autonomy of the system in making decisions, successful completion of the maneuver, required time, and propellant consumption.     

Space-based servicing

On-orbit servicing of spacecraft and payloads is one of the most viable economic justification for a permanent, manned space station. Services include the changeout of Orbital Replaceable Units (ORU's), the replenishment of consumables, general maintenance, on-orbit assembly and repair of failures. Among economic and operational advantages are: longer spacecraft operational lifetime; lower acquisition cost of satellites; improved spacecraft performance. A comparison is made between space station and shuttle-based servicing.     

四十年空间交会对接技术的发展

空间交会对接问世至今,已经有40年历史,在轨成功实现交会对接约300多次。文章首先从技术发展角度分析研究40年来交会对接过去和现在的技术水平、空间活动典型事例;其次讨论在轨服务技术和分析常用7种交会对接敏感器的总体性能,并作相互比较;最后讨论未来交会对接技术发展趋势。     

多任务在轨服务模块化智能航天器技术研究

首先介绍了在轨服务技术的分类及国内外近期研究进展,结合各国已开展项目的验证情况,分析了在轨服务模式、适应多任务在轨服务航天器的发展思路。为适应卫星发射和在轨服务的任务需要,提出了多任务服务航天器的方案设想,以期降低在轨服务操作的难度,提升在轨服务系统执行多任务的能力。最后初步分析了用于演示验证任务的服务航天器总体参数及任务规划。     

双臂空间机器人可操作度分析及其构型优化

利用传统的操作度概念,分析多臂空间机器人的可操作度,特别是基座和辅助臂的耦合效应对任务机械臂的操作度的影响。进而利用基座姿态最小扰动和可操作度指标对多臂机器人机械臂的构型进行优化。最后对平面双臂空间机器人进行数值仿真,并分析耦合效应对可操作度的影响以及在多臂构型优化中的应用。仿真结果表明本文的研究方法及结果可指导在轨服务中的近距离双臂协调交会、软对接和抓捕操作,具有较强的工程应用价值。     

卫星快速绕飞轨迹设计与制导

快速绕飞在航天器近距离观测、空间目标识别与侦察、在轨服务与应急情况处理活动中具有重要应用。首先建立了适用于目标航天器运行在圆轨道或椭圆轨道的相对运动状态转移矩阵;然后,推导了采用多脉冲控制方法实现与目标航天器共面和异面快速绕飞、进入绕飞和退出绕飞的轨迹设计与制导的模型和算法;最后,分析了绕飞过程速度脉冲需求与绕飞参数的关系。仿真计算结果表明所提出的快速绕飞轨迹设计模型和制导算法可以用于对圆轨道或椭圆轨道目标航天器的共面或异面快速绕飞。     

一种模块化微小型卫星对接机构建模仿真

面向微小卫星在轨服务的连接分离技术的需求,针对一种模块化微小型卫星对接机构,分析其机构原理,推导了机构的运动方程,并利用MATLAB验证机构的运动学模型的正确性,结合仿真定量分析机构可能出现的干涉问题,给出了不干涉条件。为研制用于模块化微小型卫星的对接机构提供一种运动学建模和仿真分析的 思路 。