空间碎片软捕获姿轨控模型构建与仿真

为构建利用柔性机械臂捕获空间碎片的系统仿真模型,首先分析梳理空间碎片捕获典型任务流程,包括轨道转移、位置保持、路径规划、动量稳定控制等阶段;然后针对任务流程分别搭建基于Simu Link的路径规划、动量缓冲控制、姿态控制、动力学和轨道仿真等子系统;各个子系统之间以TCP/IP的方式进行数据交互,最终完成空间碎片软捕获任务姿轨控仿真系统的构建。     

对空间碎片的相对位姿估计

针对几何、质量特性参数均未知的空间碎片,提出一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对位姿估计算法。该算法以单目相机获得的目标图像特征视线信息作为测量输入,以目标姿态、姿态角速度、惯量比、相对位置、相对速度和特征位置作为滤波状态。对算法进行可观性分析,给出两个可以保证算法可观性的条件。分别针对不同条件进行数值仿真,仿真结果表明新算法能够对几何和质量参数未知的空间碎片进行有效的相对位姿 估计。     

基于隐式位姿空间分层量化的空间机械手无碰撞路径规划方法

本文在概述空间机械手无碰撞路径规划问题的特殊性的基础上提出了相应的路径规划策略。依据这些策略，本文描述了一种基于隐式位姿空间分层量化的路径规划划方法，并通过仿真验证了所提出规划策略和规划方法的有效性。     

空间非合作目标超近距离位姿测量技术研究

对一种基于显著特征点的空间非合作目标超近距离位姿测量技术方案进行了研究。给出了方法的流程。介绍了非合作目标捕获与跟踪、特征提取、特征匹配、三维结构重建、相对位置与相对姿态测量等关键技术。仿真结果验证了其可行性。     

空间机械臂多任务视觉相机电子学设计方法

传统的CMOS空间相机大都采取以FPGA为核心的图像处理系统,图像采集能力强,但智能图像处理能力有限,无法满足空间机械臂视觉相机要求的图像采集、位姿测量、压缩传输等实时多任务需求.文章针对性设计了一种2FPGA+2DSP的异构多核心电子学架构,明确了嵌入式系统实现实时多任务处理的模块组成和功能划分;重点介绍了影响机械臂...     

自由飞行空间机器人基座位姿调整的模糊PD控制

由于自由飞行空间机器人处于微重力的环境,因此其在目标获取的过程中必然会出现因机械臂运动和环境影响而导致基座的复杂运动.本文设计了自由飞行空间机器人位姿调整的模糊PD算法,根据接收到的实时位置信息,空间机器人可以自主地调整基座的姿态和位置来校正位姿误差,保证目标的稳定捕获.利用开发的实验平台与传统的on/off式控制器进行了实验对比,验证了此方法在稳定性、控制精度和燃料消耗上都有较好的表现.     

结合极化自注意力机制的空间目标位姿估计

利用深度学习强大的特征提取能力和残差网络的捷径反馈机制,设计了端对端的图像位姿估计方法。该方法提高网络特征的学习能力,将Polarized Self-Attention注意力模块嵌入到残差网络ResNet-50中,对空间目标图像中的空间信息进行了增强。由于空间目标的位置和姿态信息相互独立,将其分为两个不同的网络结构分支通过回归分别得到两者的信息。其中,在姿态信息回归分支中,对姿态信息进行软分配编码,相比直接回归有效减少了姿态误差。最后在URSO空间目标图像数据集上进行了实验验证,所提算法对空间目标位姿估计取得了更好的估计结果。     

空间碎片环境现状与主动移除技术

概述了空间碎片环境现状和对航天活动的影响,讨论了空间碎片主动移除对保持空间碎片环境稳定的必要性。空间碎片研究重心先从防护转向减缓,再转到主动移除,最终是清洁空间。评述了空间碎片主动移除技术现状,指出天基激光主动移除空间碎片技术具有很好的工程应用潜力。     

中国空间碎片研究的进展

首先对"十五"期间中国在空间碎片研究领域取得的主要进展进行了综述,涉及空间碎片监测预警、航天器防护和空间碎片减缓三个方面;然后对"十一五"期间中国空间碎片研究的主要内容进行了介绍。     

空间碎片环境和空间排放技术研究

论述了空间碎片环境及其对人类文明发展和航天安全的潜在威胁和空间剩余推进剂排放是防止末级火箭空间爆炸、减少空间碎片的有效措施。文中重点介绍了空间排放技术。     

基于点云的空间非合作目标位姿测量方法研究

针对模型未知的空间非合作目标的位姿测量问题,提出了基于低成本固态激光雷达的点云配准方法。算法首先根据空间目标的特点,提取平面点与边缘点作为匹配特征点;接着,提出了基于迭代匹配与自回环的位姿求解方案,解决了位姿优化中误匹配与误差累计问题;最后,在气浮台半实物实验校验中,算法解决了固态激光雷达单线收发、不规则采样的问题,实现了实时鲁棒的位姿跟踪,同时降低了跟踪过程中累计误差,测量精度优于现有算法,能够满足对非合作目标相对位姿测量的任务需要。     

空间碎片防护研究最新进展

空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,对航天器的撞击事件频繁发生。随着空间碎片环境的日趋恶化,航天器的防护变得越来越重要。文章从空间碎片环境模型、撞击风险评估、航天器部件损伤、防护材料与结构的超高速撞击试验、撞击试验数据库建设、超高速发射设备、在轨撞击感知、机构间超高速发射设备交叉校验等方面对国内外空间碎片防护研究的进展进行了总结,并在此基础上给出我国未来空间碎片防护研究的发展建议。     

ISO空间碎片相关标准的研究现状

对国际标准化组织（ISO）正在拟定的空间碎片标准进行了综述,其中包含1个DIS标准、4个CD标准、3个WD标准和5个NWIP标准。这些标准与航天器的系统设计有着直接关系,尤其关系到航天器任务后的处置,希望引起国内航天器研制单位和相关用户的关注。     

空间碎片环境的长期演化建模方法

针对空间碎片环境的长期演化问题,从宏观和微观两个方面,分别构建了碎片环境的整体演化模型和数值演化计算模型,并在此基础上研究了不同条件下碎片环境的长期演化分布特点,分析了碎片环境的稳定性和主要影响因素。低地球轨道碎片环境在未来200年内的演化结果表明,空间目标的相互碰撞解体,是空间碎片不断增加的主要因素;即使停止一切航天发射活动,空间碎片的数量仍在不断增加,表明低地球轨道空间碎片规模已经超越稳定临界点;进一步的发射活动会增强空间碎片环境演化的不稳定性,加剧“碰撞-目标解体-碰撞”反馈连锁碰撞效应。     

空间碎片减缓标准研究

分析和研究了世界有关国家、国际组织机构已制定的空间碎片减缓方面的标准、文件和手册,并在此基础上,开展了航天行业标准《空间碎片减缓要求》的起草工作,介绍了该标准的编制原则、适用范围、标准结构和主要内容等。     

空间碎片减缓措施及其研究对策

为了合理利用和保护有限的太空资源,必须减少或清除太空垃圾。在人类尚无有效回收手段的情况下,考虑利用现有的技术提出一些空间碎片的减缓措施,并在此基础上提出我国对空间碎片减缓应采取的对策。     

空间目标碰撞概率计算方法研究

空间目标碰撞概率的计算是航天器进行空间碎片预警和规避机动的基础,提出了一种基于压缩空间和坐标旋转的碰撞概率计算方法。定义了相遇坐标系和积分计算坐标系,通过坐标转换关系将位置误差协方差投影到相遇坐标系中,旋转相遇坐标系后得到积分计算坐标系,将计算碰撞概率的问题转化为2维概率密度函数在圆域内的积分问题。通过压缩空间的方法,将不等方差概率密度函数在圆域内的积分化为等方差概率密度函数在椭圆域内的积分,然后通过极坐标变换将二重积分化为一重积分形式的概率表达式。对一次空间碎片碰撞的实例计算得到碰撞概率为10 -3量级,表明该方法是正确有效的。     

空间碎片环境的研究与控制方法

一、空间碎片空间碎片是指宇宙空间中除正在工作的飞行器外的人造物体,又称轨道碎片。它们是人类空间活动的必然产物。目前,地面观测不到的空间碎片的数量估计在数十万至数百万之间,而地面能够观测到的在轨运行的人造物体约有9000个。它们的平均相对速度约为10km/s,总质量大约为3000多吨。在这9000多个已确认的人造空间物体中,只有700多个是正在工作的人造航天器,其余8000多个都是尺寸在1cm以上的空间碎片。由于目前人类的太空活动主要集中在低地球轨道,所以对空间碎片的观察和研究也主要集中在低地轨道区域内。在低地轨道上,尺寸大于1mm的…     

空间碎片防护结构设计优化理论方法研究

航天器空间碎片防护结构设计优化在国际上属前沿课题，防护结构设计优化理论方法是其关键技术之一。在防护优化理论模型及其优化算法研究方面取得了突破性进展，建立了综合各类典型防护结构构型的统一的防护优化数学模型，提出了解决防护优化问题的几种算法：混合遗传算法，改进的差异演化算法和混合差异演化算法。最后采用航天器防护优化算例对防护优化理论方法进行了测试考核，优化结果表明了本文工作的可行性和有效性。     

空间碎片防护研究现状与国内发展建议

文章回顾了近期国外空间碎片防护领域的研究现状和热点问题;介绍了“十一五”期间国内空间碎片防护研究的若干进展;立足我国研究现状,通过对国内航天器防护工程需求分析,提出了未来我国空间碎片防护领域研究发展建议。