星上光学有效载荷的两级隔振研究

为实现星上光学有效载荷的高成像性能,对星上光学有效载荷的两级隔振进行了研究。所谓两级隔振,即除了对控制力矩陀螺群(CMGs)等执行机构振动源进行隔振外,还在光学有效载荷和星体之间加入隔振装置。首先建立了含有两级隔振系统以及CMGs和太阳帆板的整星动力学模型,并采用ADAMS工程软件验证了所推导模型的正确性;其次,在合理假设的基础上简化模型,分别求得由扰动源到星体和有效载荷的传递函数矩阵,分析CMGs隔振平台参数变化对姿态控制系统的影响,选择合理参数分析两级隔振系统的频域特性;最后通过数值仿真分析了两级隔振系统在星上应用的可行性,并通过频谱对比分析两级隔振系统对光学有效载荷姿态稳定度的改善程度。     

An Adaptive Model Following Control of Industrial Manipulators

Using the adaptive model following control (AMFC) technique, a control system is developed to obtain high performance of an industrial manipulator that has wide variations in its payload and spatial configuration. The main advantage of this technique over other methods is simplicity in computation, which provides the capability of real-time control calculation with today's microprocessors. Moreover, it guarantees automatically the stability of the overall system without requiring any additional stability analysis. In order to demonstrate the capability of this technique, we have conducted a computer simulation for the Unimation PUMA 600 series manipulator. The simulation results agree well with the expected high performance of the control system: (1) computational requirements are much less than other existing ones, and (2) it provides the capability of adapting to large variations in payload and spatial configuration. Also presented is a comparison of the amount of its required computation with that of other methods.     

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。     

具有冗余度的三分支空间机器人的运动学分析

基于例如空间站等恶劣的应用环境,研制了一种具有冗余度的三分支空间机器人。该机器人的一个分支的末端可以和基座固联,另外两个分支可以进行控制来完成各种作业。在宇航员不在的情况下,该机器人可以代替宇航员对科学实验载荷进行操作。利用旋量理论对机器人的逆运动学进行了分析,并建立了统一的数学模型给出了其运动学优化、动力学优化以及容错控制的理论基础。基于球腕的封闭解,提出了一个简单的逆运动学模型。最后,通过计算机结果演示验证了所提出逆运动学模型的有效性。     

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。     

High-performance payload data handling system for Gaia

Gaia is the most ambitious space astrometry mission currently envisaged and is a technological challenge in all its aspects. We describe a proposal for the payload data handling system of Gaia, as an example of a high-performance, real-time, concurrent, and pipelined data system. This proposal includes the front-end systems for the instrumentation, the data acquisition and management modules, the star data processing modules, and the payload data handling unit. We also review other payload and service module elements and we illustrate a data flux proposal.     

基于离子电推进系统的航天器有效载荷能力分析

为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系统性能参数的函数关系与潜在联系。结果表明:动力装置单位质量越小,航天器所能达到的最佳有效载荷分数越大;有效载荷分数的高低与离子引出份额、原初电子利用率参数的大小以及任务时间的长短呈正相关;当离子电推进系统可以达到更高的载荷比时,则需要更高的工质利用率作为支持。     

Structural optimization for multiple structure cases and multiple payload cases with a two-level multipoint approximation method

This paper is to address structural optimization problems where multiple structure cases or multiple payload cases can be considered simultaneously. Both types of optimization problems involve multiple finite element models at each iteration step, which draws high demands in opti-mization methods. Considering the common characteristic for these two types of problems, which is that the design domain keeps the same no matter what the structure cases or payload cases are, both problems can be formulated into the unified expressions. A two-level multipoint approxima-tion (TMA) method is firstly improved with the use of analytical sensitivity analysis for structural mass, and then this improved method is utilized to tackle these two types of problems. Based on the commercial finite element software MSC.Patran/Nastran, an optimization system for multiple structure cases and multiple payload cases is developed. Numerical examples are conducted to ver-ify its feasibility and efficiency, and the necessity for the simultaneous optimizations of multiple structure cases and multiple payload cases are illustrated as well.     

高空长航时无人机任务设备/飞行综合控制技术

首先对无人机和任务设备的发展作了简要介绍，并介绍了高空长航时无人侦察机的国内外发展现状，着重对高空长航时无人侦察机任务设备／飞行综合控制中综合控制、运动补偿、组合导航、三维定位和目标识别等关键技术进行了分析，说明了目前对高空长航时无人机的任务设备／飞行综合控制进行研究的必要性和可行性。     

连续地月转移系统动力学研究与能量分析

为了研究新型连续地月转移系统的动力学及能量需求,采用Lagrange方法,在系绳为刚性杆假设的前提下,同时忽略第三体引力、地球扁率和系绳轴向变形等扰动因素的影响,建立了驱动型动量交换绳系卫星(MMET)系统的三维刚性动力学模型。对所建立的动力学模型进行了数值仿真及对比分析,仿真结果验证了所建模型的正确性。研究表明,外力矩对系统轨道运动参数影响甚小,对姿态运动参数影响明显。采用MMET方式进行载荷转移,推导出了实现载荷地月轨道转移所需的入口速度条件以及时间周期条件,并求解出了载荷在2次任务之间的时间间隔。给定初始条件下,当MMET系统以0.231 6 rad/s的旋转角速度绕其质心旋转1 448.5圈,其绕地心刚好运行5圈时,载荷可顺利进入地月转移轨道。最后,对连续地月转移系统实现载荷的地月转移进行了能量对比分析,结果表明,相同条件下,MMET载荷转移方式相比于传统脉冲变轨方式在载荷转移过程中消耗更少的能量。     

航天器LVDS电缆三维模型嵌入EMC软件接口研究

航天器有效载荷设备之间高速率数据信号通过LVDS电缆进行传输,LVDS（低压差分信号）电缆的EMC特性对系统产生直接影响。LVDS电缆采用Pro/e软件进行三维设计和建模,通过电缆三维模型嵌入EMC软件的接口研究,摸索一套模型导出、重建、剖分和创建等的行之有效地方法。接口研究开创了LVDS电缆三维模型与EMC 软件接口从无到有的先河,初步搭建了Pro/e三维设计软件与系统级电磁仿真软件的桥梁。通过对航天器LVDS电缆在整星上布局的优化和EMC特性的分析,有力保障了航天器载荷可传输优质的图像质量。     

无人机光电载荷地理跟踪控制研究

无人机定点侦察过程中,将地理目标点或图像目标快速锁定在视场内,是十分重要的。在实时定点航迹规划与跟随控制的基础上,提出了光电任务载荷地理跟踪算法,并通过仿真和飞行试验,证明算法可以满足机载平台对地面目标快速锁定的要求。     

变比冲发动机作用下共面燃料最优轨道转移

以国外目前正在研制中的变比冲磁等离子体火箭发动机(VASIMR)为背景,研究了变比冲发动机作用下的同平面燃料最优轨道转移。推力方向角和比冲为控制变量,发动机总功率为常值,发动机可多次开关机。采用经典最优控制理论,运用庞德里亚金最小值原理将问题转化为两点边值问题,并通过非线性规划算法求解,得到了受精确开关函数控制的最优比冲时间历程。给出的VASIMR发动机应用算例结果表明,采用VA-SIMR发动机有益于提高航天器有效载荷所占比例。     

空中发射初始状态对运载火箭有效载荷的影响

空中发射可以明显提高火箭有效载荷,减少火箭发射场地的数量和高额的维护经费,缩短发射周期。本文研究了空中发射初始状态对运载火箭有效载荷的影响,通过飞行轨道的模型简化,首先建立了火箭飞行的数学模型,然后定量地分析了发射高度和发射速度对火箭入轨后有效载荷的影响。研究结果表明：若提高发射高度和发射速度,可以明显增加有效载荷,且基本发射高度、发射速度分别与有效载荷表现为线性关系。相对地面发射来说,如果初始高度达到30千米,有效载荷提升到1.63倍;如果初始高度达到30千米,初始速度达到1000米每秒（约3马赫）,有效载荷将是传统地面发射的5.43倍。单纯从初始高度和速度的因素看,初始发射速度对有效载荷提升的影响更显著,故在考虑经济性情况下设计发射平台时应更加注重发射速度的提高。     

航班旅客的二氧化碳补偿算法研究

研究了航空旅客的碳排放分摊问题,即碳补偿问题,通过算法说明按照业载分摊与按照总重分摊哪种适于旅客。二氧化碳排放数量与燃油消耗数量对应。以A320—200为例,计算说明了在标准情况下飞机燃油消耗数量与二氧化碳补偿的定量关系,从而确定碳补偿方案。在算法基础上,设计了通用计算程序,对输出结果进行了分析。     

整星隔振技术的研究现状和发展

为了减小卫星发射时所承受的环境载荷,降低卫星及其设备的质量控制成本,提高卫星发射的可靠性,所以整星隔振技术得以研究和应用。整星隔振是在不改变卫星原结构前提下,重新设计具有隔振效能的适配器,或者在运载火箭和卫星之间引入隔振装置,隔离从星箭界面传递给卫星的轴向或侧向振动。详细介绍了近十年国外整星隔振技术的研究现状,并展望其今后的发展方向。     

核聚变空间推进器的初步需求分析

参考一种简化的、解析近似的计算模型，以地球到火星的对接任务和往返任务为例，对核聚变等离子体推进器性能关键参数如推进系统质量、比冲、任务时间、有效载荷份额及比功率等进行分析，得出了任务时间和有效载荷质量份额与聚变堆芯输出功率、推进器结构质量和比冲的依赖关系。在此基础上，结合核聚变地面商业堆的相关进展，对现有的技术做合理适当外推，理论计算表明:飞行任务能够在1~2个月内达到目的星球同时可携带超过10%的有效载荷份额，并提出了未来核聚变空间推进器的初步参数方案和设计构想，总体上能够为未来核聚变空间推进技术的发展提供一定的参考。      

飞机发动机短舱降载轻量化设计方法研究

为了进一步提升发动机短舱的传载效率,通过研究国内外飞机发动机短舱安装及载荷传递路径,同时借鉴、比对了成熟的国内外发动机短舱结构连接形式,以飞机的发动机短舱为研究对象,采用三维数字建模、有限元仿真等分析方法,建立了短舱传递和不传递发动机扭矩的两种结构形式,并对短舱参与传载比例进行了计算分析,最终通过试验验证了轻量化新结构形式的有效性,实现了基于柔性连接结构设计技术的发动机短舱降载轻量化目标,为进一步工业化、批产化提供技术支持。     

有效载荷基频降低对火箭动特性的影响

为了分析有效载荷基频降低对火箭动特性的影响规律,采用纵横扭一体化梁模型与耦合质量方法模拟箭体承力结构与液体推进剂,使用NASTRAN中的RBE2单元模拟芯级与助推器连接接头.通过修改有效载荷有限元模型以得到不同的有效载荷基频,选取飞行过程中的四个典型秒状态,计算三种不同有效载荷基频下全箭的前九阶固有振动频率.结果表明：纵横扭一体化梁模型在进行全箭动特性分析时模型简单,结果满足要求,可用于设计初期的模态分析;同时,分析得到基频降低对全箭动特性的影响规律,给卫星设计人员提供了相关依据.