载人航天器在轨自主健康管理系统体系结构及关键技术探讨

针对载人航天器复杂化、任务多样化、在轨运行长期化的发展趋势,及由此对航天器在轨自主健康管理的能力提出的更迫切的需求,提出了一种在轨自主健康管理系统分层体系结构,并采用Observe-Orient-Decide-Act循环描述健康管理子行为之间的交互模型,可实现准确、高效的自主健康管理。并以空间站系统为例,研究了分层分级的服务部署、分类故障诊断、故障模型配置、基于构件的软件实现等关键技术。     

适用于空间站各系统的密封材料

介绍了空间站各系统密封材料的使用环境及对材料的性能要求；对空间站中气动系统、推进系统和液压系统使用的密封材料进行了配方研制；重点对气动系统密封材料的环境适应性与空间卫生性给出了评估。结果表明，材料满足航天器使用环境的需要。     

国际空间站有效载荷集成流程分析

国际空间站（ISS）针对有效载荷从论证、研制到随ISS飞行的过程建立了标准集成流程和精益集成流程两种模式,这两种模式互为补充,有效支持了ISS载荷随飞行任务的滚动实施。在有效载荷集成过程中,NASA采用多线并行的方式,其集成流程从理念上不完全等同于传统卫星有效载荷随飞行任务实施的研制流程,并设置有效载荷集成经理,架设有效载荷管理方、研制方和研究团队之间的桥梁。通过对国际空间站有效载荷集成过程的深入分析,提出可供我国空间站有效载荷集成借鉴的经验,如提供快速集成流程、加强有效载荷集成管理、强化有效载荷全寿命周期管理等。     

空间站吊装安全监测系统研制及应用

分析了空间站舱段吊装过程的特点,对比多种测量方案后,提出了基于多模式集成测量的吊装安全监测系统方案,分步实现吊装过程的实时监测。通过对吊装过程关键数据的采集与解析,获取吊装舱段与停放件的相对位姿,以三维可视化的方式显示作业过程,同时进行安全阈值示警,定量引导与辅助航天器舱段吊装作业过程。通过实验室和实际使用,验证了设计方案的可行性及测量精度。与传统的监测系统设计相比,具有功耗低、可靠性高、抗干扰能力强、成本低和操作简便等显著优点。     

国际空间站测控通信系统研究

测控通信系统是国际空间站的重要组成部分,可靠的测控通信系统是确保空间站长期稳定在轨运行的基础。对国际空间站测控通信系统进行了较为深入的研究,介绍了国际空间站测控通信系统的组成,梳理了国际空间站中继S系统、中继Ku系统、空空通信系统的链路特性与工作方式,并总结归纳了国际空间站测控通信系统多手段备份、采用高性能编码等特点,以及对我国的启示,能够为我国测控通信系统的发展提供借鉴与参考。     

空间站运行控制任务规划体系方案研究

面向我国空间站运营需求,分析了我国空间站运行控制任务规划的任务需求和建设目标,进而提出了我国空间站运行控制任务规划的体系架构。首先设计了基于任务周期的分布式任务规划工作模式,给出了规划建模和实施流程;然后从数据传输规程、接口形式和交互关系三方面研究了系统间接口规范;最后提出了运行控制信息管理平台以及分布式任务规划系统的功能组成和要求。研究成果可为我国后续的空间站运控系统建设提供参考。     

航天器故障诊断和预测天地一体化集成系统

在轨航天器和地面航天飞控中心天地2个系统缺乏相互支持和配合,是导致对航天器故障诊断和预测能力不足的重要因素之一。为了提高航天器故障诊断和预测的有效性、可靠性和准确性,需要将天地2个系统集成为一个整体（天地一体化系统）。设计了航天器故障天地一体化集成诊断和预测系统,讨论了航天器故障天地一体化集成诊断和预测方法,对航天器故障天地一体化集成诊断系统和方法的特点进行了分析。将天地2个系统集成在一起对航天器故障进行诊断和预测,其效率、准确性和可靠性较高。     

国际空间站有效载荷安全性认证工作探讨

通过介绍NASA针对航天飞机、国际空间站等航天器上有效载荷安全性认证方面的组织机构及其职责、需开展认证的有效栽荷及其分类、典型有效载荷的安全性技术要求、有效载荷安全性认证工作流程等方面的内容,提出我国空间站工程在有效载荷安全性认证方面开展相关工作的启示和建议,为后续空间站载荷开展上站认证、确保载荷在轨安全及空间站平台安全提供参考。     

空间站用材料的现状和进展

本文简述了国外空间站对所用材料的要求以及目前国外空间站材料应用情况,并对我国空间站用材料提出建议。     

我国空间站安全与任务保证工作若干问题探讨

从我国空间站运营阶段对安全性、可靠性、维修性及质量保证(SRMQA)工作的需求出发,在系统分析国外载人航天安全与任务保证(SMA)工作体系的基础上,总结国际空间站安全性可靠性工作的先进经验,并针对我国空间站对航天员安全、寿命与可靠性要求更高的需求,从管理和技术应用两个方面,系统论述了我国空间站安全与任务保证应重点开展的安全性、寿命与可靠性等工作。     

空间站有效载荷综合处理单元设计研究

针对空间站传统有效载荷功能单一、处理资源固化、体系架构封闭等问题,通过对空间站电子信息综合应用系统总体功能和资源需求的分析,基于空间站平台约束条件,设计了一种在开放式物理平台上采用蓝图技术实现软件定义功能的综合处理单元(IPU),并对一套对外接口传输能力为600 Gbps、处理能力为1800 GFLOPS的原理样机进行了测试验证。结果表明,IPU支持在统一平台上通过软件定义功能,能有效提升系统资源利用率,满足总体应用需求。     

密闭舱室内微生物污染问题及其防控体系

载人空间站、星球基地、星际飞船中温湿度等环境条件适宜,如不采取有效的监控措施,可能会出现微生物大量繁殖。在空间舱室环境中很多微生物活性更高,其对材料腐蚀性更强,且由于人类在空间舱室环境下免疫力降低,因此致病危险更大。为此概述了空间站发展到现在所面临的微生物污染问题,分析了空间微生物污染的三种主要来源包括人体内和体表、航天器系统生产过程、货运飞船,指出了空间站微生物污染对人类健康和对材料腐蚀两方面的危害,介绍了国际空间站的微生物安全保障措施,其中包括空间舱室微生物污染监测体系和飞行前后密闭舱室内微生物污染防控体系。在分析美俄实践经验的基础上,提出了我国空间站微生物污染防控体系方案设想,为解决我国密闭舱室微生物污染问题提供了参考。     

空间站工程空间激光安全工程技术研究

针对我国空间站工程空间激光器的危害问题,提出了完整的空间站工程激光安全的技术方案,涉及激光器安全等级的划分、激光器安全阈值要求、激光器危害的防护控制措施、以及激光器安全风险的评估等工程范畴。在此基础上,结合我国目前空间站空间应用的实际需求,提出了开展空间激光器安全防护的工程设计准则,为后续空间站工程空间应用系统激光器安全性设计提供了参考。     

国际空间站运营管理体系架构分析

合适的运营管理体系构架是空间站运营管理任务顺利完成的必要条件,分析国际空间站运营管理体系构架,论述国际空间站的组织管理体系.在此基础上,结合我国栽人航天工程现有体系构架,对我国空间站的运营管理职能进行了初步分析,并对我国空间站的运营管理组织体系提出了建议.     

空间站姿态控制系统实时仿真研究

研究了五棱锥构型的单框架控制力矩陀螺群作为执行机构的空间站姿态控制系统的实时仿真问题.根据空间站姿态控制系统的实时分布式仿真要求设计了仿真节点结构,综合了四种网络连接形式构建系统的实时网络环境,说明了仿真系统软、硬件平台的选择,以及系统仿真中的调度设计问题.最后对整个系统进行了分布实时仿真,运行结果说明了这种空间站姿态控制系统方案是可行的.     

空间站出舱活动分离救援技术研究

航天员进行出舱活动时,存在与空间站分离的可能性,涉及航天员安全。救援与空间站分离的航天员,是出舱活动必须考虑的问题。对此,总结了救援技术的发展历程,从人机能力及特性的角度,重点研究了救援的关键技术,包括分离可能性和分离状态分析、救援策略和机制确定、救援系统设计;提出现阶段应以航天员驾驶救援装置返回空间站为主,同时分析了人服特性对控制系统的影响,以及相关新技术的应用前景,指出救援技术的发展趋势是人机系统机动能力的整体提升,可为设计建造实际的救援装置提供思路。     

空间站机械臂关键技术研究

我国空间站机械臂承担舱段转位、辅助对接、舱外设备安装及维修等关键任务,具有大负载、高精度、高可靠等特点,涉及机、电、热、光、控等多学科技术交叉耦合,高度集成且研制难度巨大。在分析、比较国内外机械臂的基础上,提出了我国空间站七自由度冗余、分布式控制、位置可移动的机械臂技术方案,并阐述了高精度伺服控制、多约束路径规划等八类关键技术研究成果。空间站机械臂已具备了工程化实施条件,为我国空间站工程建设奠定了基础。     

空间站姿态控制的一种新算法

以四元数作为定位参数对空间站进行姿态控制。首先给出了以四元数表示的系统动力学西式其次提出了非线性三轴姿态控制方法,该方法是以四元数作为反馈量,控制力矩陀螺作为执行元件,利用李亚普诺夫函数对非线性系统进行控制,为大型航天器的姿态控制开辟了新的途径;最后以一空间粘为例进行了姿态控制仿真计算,从而说明以四元数为定位参数的空间站姿态控制方法具有计算速度快、计算精度高等优点。     

空间微生物控制技术综述

空间微生物是长期载人航天面临的一个重大安全性问题,严重威胁航天员的生命健康和航天器的长期安全运行。载人航天器内微生物滋生会污染环境,导致航天员感染或生病,腐蚀材料,导致设备故障,在空间发生变异的微生物如被带回地球,还会威胁地球生态安全。空间微生物来源途径多样,种类复杂,且种群在航天环境下不断演变,控制难度大。空间微生物控制是在航天器的设计建造、在轨运行各阶段采取适当的监测、控制和防护措施,控制航天器的微生物水平,防范其风险。介绍了国际空间站飞行前和飞行阶段的微生物控制标准与监测要求,以及国外在载人航天器设计、消毒灭菌、洁净组装、发射及在轨飞行等阶段的微生物控制技术发展现状,并对我国空间微生物控制技术的发展提出建议。     

用于自由号空间站计划的数据标准

自由号空间站计划准备采用几项CCSDS的建议。CCSDS正在制订空/地通信格式和协议的标准,则CCSDS高级轨道运行系统(AOS)建议的开发,利用和采纳对于其被广泛接受极为重要。本文集中讨论高级轨道运行系统建议,只是附带说到其它CCSDS建议。自由号空间站由四个独立轨道单元组成,即载人空间基地,欧空局的有人照料自由飞行器,NASA的极轨平台和欧空局的极轨平台。载人基地本身包括四个分别由四个国家空间局提供的主要部件。两个由NASA提供的加压舱一个欧空局提供的加压舱,一个日本空间局提供的加压舱,一个由加拿大提供的类似航天飞机使用的操臂。涉及的国际接口如此多、显然形成了这样一种环境、数据系统标之不仅有好处,而且是必不可少的。本文讨论特别令人感兴趣的AOS建议在空间站计划中所起的四个方面作用: 第一,AOS是CCSDS的一种新建议,虽然空间站计划的数据系统方案已逐步成熟,并进入初步设计阶段,可它在该建议开发中已扮演了重要角色。这种并肩前进,给空间站计划和CCSDS带来了几项好处,包括公正而广泛的评论,各种试验设施,都是其它计划不可能提供的。本文介绍这些好处和两过程的相互作用。第二,空间站的四种飞行单元差异极大,所以每一单元的数据系统需求也互不相同。AOS建议定义了一套标准业务,航天器系统设计者可从中选用他们航天器所需要的业务。本文将介绍每一空间站轨道飞行体对CCSDS AOS建议的具体应用以及最终选定的业务。第三,仅其存在,AOS建议已经为数据系统若干问题的讨论提供了一种共用语言和框架。本文就空间站国际特性和作为NASA内部机构之间支持协议产生的一部分,介绍AOS建议的用途和重要性。第四,将介绍空间站计划技术要求框架中采纳CCSDS建议,特别是AOS的现状。