航天员微重力作业训练系统重力补偿控制策略

针对航天员微重力作业训练系统的重力场补偿控制这一关键技术,进行了理论和实验研究。分析了模拟微重力环境的机理,确定了微重力作业训练系统的总体结构方案,提出了一种基于电流反馈的重力补偿控制及多干扰力补偿控制策略。通过虚拟重力补偿控制实验,验证了在地面环境、动态作业过程中,模拟物体在不同空间重力加速度环境下的运动规律,实现了在重力方向模拟空间环境下物体移动的作业训练效果。研究成果为在地面实现三维作业训练系统的控制奠定了基础。     

不同重力环境下空间机械臂神经自适应鲁棒控制

针对空间机械臂从地面装调到空间应用过程中重力项的变化问题,提出了一种神经网络自适应鲁棒补偿控制策略用于空间机械臂的末端控制,从而实现在地面重力环境下装调好的空间机械臂在空间微重力环境下实现在轨操控任务。通过神经网络在线建模来逼近系统模型中变化的重力项,逼近误差及系统的不确定性通过自适应鲁棒控制器来补偿。该控制策略不依赖于系统的模型,避免了回归矩阵的复杂计算及未知参数的估计,降低了计算量。基于李亚普诺夫理论证明了闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明该控制器对不同重力环境下空间机械臂的末端控制均能达到较高的控制精度,具有重要的理论研究和工程应用价值。     

不同重力环境下空间机构电机驱动力差异

为了分析空间机构在不同重力环境中的驱动力差异,以单关节机械臂为研究对象,进行不同重力环境下直流电机驱动力差异分析。首先基于拉格朗日方程推导出单关节机械臂的动力学模型,为分析不同重力环境下,负载、摩擦和转速的变化对电机驱动力的影响,通过设计一套基于单关节驱动的机械臂试验装置,进行地面重力环境、地面模拟微重力环境和落塔微重力环境试验。然后基于试验数据详细分析了不同重力环境下空间机构电机驱动电流的差异,并基于试验数据对电机动力学方程中的摩擦参数进行辨识,从而获得基于试验数据修正的机械臂动力学仿真模型,为空间机构动力学设计与应用提供理论与试验依据。     

自适应多点悬挂重力补偿系统研究

大型桁架式可展开航天结构在地面试验时,存在大挠度变形、精度低、泛用性差等结构特点,为提高地面试验有效性,提出了一种自适应多点悬挂重力补偿控制方法。首先,设计系统辨识算法和控制器算法,解决了多点耦合问题。其次,建立Simulink与Adams联合仿真平台,通过仿真分析选择算法参数,验证了算法的可行性。最后,以大型桁架式航天天线为对象,搭建重力补偿系统实验平台并进行实验验证。实验结果表明:控制系统在稳态环境和动态环境下均能快速收敛。稳态环境下,平均稳态误差为0.5503%;动态环境下,平均稳态误差0.526%。完成了航天结构天线的重力补偿,为多点重力补偿系统方案的实施提供建议和改进措施。     

伸展机构地面屈曲试验的重力影响及修正方法研究

针对重力造成的空间伸展机构在轨环境与地面试验环境的差异,根据伸展机构的边界条件将其简化为根部固支、端部自由的悬臂梁模型,梁受均布力,理论计算了均布力和集中载荷对梁屈曲的影响。建立了14,30m两种伸展机构的有限元模型,对伸展机构施加重力载荷,计算了其静态非线性,将特征值法获取的伸展机构非线性屈曲模态引入弧长法求解伸展机构的屈曲承载能力。结果表明:当伸展机构达到一定高度后,须对地面试验结果进行修正;均布载荷可近似等效为在伸展机构的端部施加0.32倍的集中力载荷。分析结果对指导同类伸展机构的静力试验有一定的指导意义。     

进军深空的健康谜题(一) 空间骨丢失

成功实现外层空间的探索是人类历史上最伟大的探索实践。40多年的空间探索使人类对外层空间和生命现象有了更深刻、更本质的认识,正在从了解空间,认识空间,走向适应空间,利用空间的过程。地球上生命的形成源于漫长的进化。当人类探索的脚步由地面延伸至空间时,才愈来愈深刻的意识到这种地球环境进化中的特有内涵——细胞结构功能均适应于1G的重力环境,当这一重力环境变化时,原有平衡适应被打破,随之引发一连串的多米勒效应……     

大型可展开网状反射器的设计评估

在可展开网状反射器的展开力设计中，必须考虑使展开力大于展开阻力。通常在地面进行展开试验，利用重力补偿来评估展开力的设计。本文以７ｍ口径的天线为测试件，介绍了对其展开的设计评估。测试件用２４个磁性悬挂式滑动器悬挂以减少水平移动的摩擦损耗并补偿重力。整个展开性能通过３次展开试验来证实。用展开机构异步展开和网表面的重力补偿误差证实了展开阻力的增加值。在与展开试验的同样配置下还进行了表面精度和静态负载测试，证明大型可网状反射器实现了均方根误差为１．０ｍｍ的表面精度和０．１３Ｈｚ的结构刚性。     

天地环境差异对航天器设备安装精度影响分析

文章分析了地面重力环境和在轨内压环境对不同位置和状态下的载人航天器陀螺组件及姿轨控敏感器设备安装精度的影响,并进行了试验验证,分析结果与试验数据一致性较好。研究结果显示:设备布局位置不同,其安装精度受环境差异的影响程度也不同;航天器在空载、垂直停放状态下,设备安装精度受地面重力环境影响较小;陀螺组件和姿轨控敏感器A的安装精度受在轨内压环境影响较小,在地面常压环境下的精测结果能够真实反映其在轨状态,而姿轨控敏感器B的安装精度受压力环境影响明显。以上结果可为航天器设备布局及精度测量工作提供借鉴。     

空间索杆铰接式伸展臂设计与试验研究

给出了空间索杆铰接式伸展臂的工作原理以及驱动原理,研制了一套空间索杆铰接式伸展臂及其套筒式驱动机构,该驱动机构能够实现顺畅的展开和收拢伸展臂功能。设计制作了重力平衡装置,并且对伸展臂展开和收拢进行了零重力地面模拟试验。对伸展臂展开、收拢过程中临界刚化时刻进行了力学分析和计算。通过试验测试了伸展臂在展开、收拢过程中驱动机构电机输出力矩的变化情况,并与理论分析进行了对比,验证了理论分析的正确性。通过试验分析了重力、展开速度以及伸展臂前端负载质量及惯性扰动对驱动机构动力特性的影响。通过试验测量了伸展臂的重复展开精度,验证了空间索杆铰接式伸展臂具有较高的重复展开精度和定位精度。
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深空探测重力模拟飞行器方案设想

为解决失重环境对航天员生理健康的影响,在调研国内外重力飞行器研究现状的基础上,结合重力模拟飞行器的原理及人造重力舒适度影响因素,提出了一种通过自旋产生人造重力的深空探测飞行器方案设想。最后给出了重力模拟飞行器建设的实施规划、总体方案、在轨组装流程及技术难点。深空探测重力模拟飞行器稳定运转可为空间工作生活的航天员提供与地面无异的重力环境,将为执行深空探测任务提供必要的环境保障。     

Biomedical problems of EVA support during manned space flight to Mars

Current projects of manned missions to Mars are aimed to their realization in the second-third decades of this century. The purpose of this paper is to determine and review the main biomedical problems, that require a first and foremost decision for safety support of extravehicular activity (EVA) carried out by crewmembers of the Mars expedition. To a number of such problems the authors of the paper attribute a creation of adequate EVA equipment intended, first, for assembly of interplanetary spacecraft on the Earth orbit, performance of maintenance operations and scientific researches on the external surface of spacecraft during interplanetary flight and, secondly, for work on the Mars surface. New generation of space suits with low weight, high mobility and acceptable risk of decompression sickness must be as a central component of EVA equipment. The program for preparation to a Mars expedition also has to include special investigations in order to design the means and methods for a reliable protection of crew against space radiation, to elaborate the approach to medical monitoring and primary medical care during autonomous space mission, to maintain good health condition of crewmembers during EVA under the Mars gravity (0.38 g) after super long-term flight in weightlessness.     

空间信息对抗装备体系研究

空间信息对抗装备体系是完成空间信息对抗作战任务的所有对抗装备及系统的总称,即在空间信息对抗战场中所能够使用的一切装备,涵盖外层空间、空中、地面、海上以及整个信息网络。利用系统分析的方法,在详细分析空间信息对抗作战特点和作战原则的基础上,重点开展了空间信息对抗装备体系的构成及各部分作战性能研究,建立了空间信息对抗装备体系组成框架,并分析了空间信息对抗武器装备发展趋势。     

Real-time studies on microalgae under microgravity

Using remote sensing technique, we investigated real-time Nostoc sphaeroides Kütz (Cyanobacterium) in Closed System under microgravity by SHENZHOU-2 spacecraft in January 2001. The experiments had 1 g centrifuges in space for control and ground control group experiments were also carried out in the same equipments and under the same controlled condition. The data about the population growth of Nostoc sp. of experiments and temperature changes of system were got from spacecraft every minute. From the data, we can find that population growth of Nostoc sp. in microgravity group was higher than that of other groups in space or on ground, even though both the control 1 g group in space and 1 g group on ground indicated same increasing characteristics in experiments. The growth rate of 1.4 g group (centrifuged group on ground) was also promoted during experiment. The temperature changes of systems are also affected by gravity and light. Some aspects about those differences were discussed. From the discussion of these results during experiment, it can be found that gravity is the major factor to lead to these changes.     

星载天线指向机构的润滑

空间机械的润滑不同于地面设备,星载天线指向机构更有其本身的特点,应针对天线指向机构不同组件的工作特点选择最适合的润滑方式。文章对目前空间机械常用的几种润滑方式的机理和优缺点进行了综述,指出了天线指向机构润滑设计应考虑的问题和不同组件可采取的润滑措施。     

火星探测器热环境模拟与试验技术探讨

为保证火星探测器的可靠运行,需要对其进行真空热试验和火星表面热环境模拟试验。文章通过对国外火星探测器热试验的调研,梳理出热试验所涉及的关键技术。并通过对行星际空间热环境和火星表面热环境特点的分析,结合国外相关热环境模拟设备的研制使用情况,探讨不同热环境的地面模拟方法,可为我国火星探测器热环境试验设备的研制及开展相关热试验提供技术参考。