空间科学任务协同设计过程优化

为了对概念设计阶段空间科学任务协同设计过程进行合理规划, 减少设计反馈, 降低系统耦合度, 提出了设计结构矩阵(DSM)过程建模和遗传算法(GA) 过程优化算法. 该方法采用DSM对空间科学任务设计活动序列进行建模, 通过DSM描述设计活动间的信息依赖关系, DSM上三角之和代表该设计活动序列设计反馈次数; 将 DSM对应的设计活动序列视为染色体, 采用GA进行序列优化, 最小化设计反馈次数. 通过过程优化算法获取最佳设计活动序列, 优化设计过程, 降低系统耦合度. 空间科学任务实例分析结果表明, 该方法能够有效应用于空间科学任务协同设计的过程建模和过程优化, 指导设计过程的制定.     

面向天文观测的空间科学卫星任务规划方法研究

面向天文观测的空间科学卫星任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过对天文观测类卫星的任务规划要素及约束条件进行抽象,建立了面向天文观测的多目标任务规划问题模型,在此基础上设计了基于NSGA-II的多目标观测任务规划算法,并通过实例进行了实验及结果分析.研究表明,该方法能够有效解决天文观测类卫星不同规模的任务规划问题.     

月球背面探测任务多目标协同控制模式设计

月球背面探测需要中继卫星提供中继通信支持,实现地面测控网对月面探测器的控制。为解决月球背面探测任务过程中和环月探测卫星等多个航天器目标的相互控制及其与地面测控网之间的复杂协同控制问题,提出了协同控制关联目标描述方法,明确了控制目标和上行路由的概念和确定原则、上行路由测控网资源分配原则,设计了基于时间窗口的中继测控资源分配方法、多目标协同控制的标称计划模式、遥操作规划模式和上行控制模式。经过\"嫦娥4号\"天地大回路无线联试和\"鹊桥\"中继卫星在轨飞行证明,设计是合理可行的。     

月球采样返回飞控任务多目标协同规划设计

基于月球采样返回任务飞行过程复杂、四器多组合模态协同控制复杂、多类约束关联组合复杂、多种关键控制密集难点,提出了月面采样返回飞行控制任务多目标协同规划设计,确保多目标在轨密集指令与各类型测控资源安排协同有序.分析了月球采样返回与以往月面软着陆和近地交会对接任务的继承差异,设计了复杂多目标器间代传上行控制关系描述、多目标...     

基于解耦优化和环流APF的多平台协同攻击任务规划

为提升协同攻击任务规划效率,借助人工势场（APF）方法求解速度快的优势,提出多平台协同攻击任务规划方法。针对任务规划问题中任务分配与航路规划的耦合问题,提出基于独立航路规划的解耦（ID）与基于直接距离的解耦（DD）2种解耦框架;建立考虑打击目标价值总和、攻击平台与目标距离极差、攻击平台与目标距离总和等因素的指标函数,采用遗传算法进行任务分配求解;提出环流APF方法,避免了传统APF方法因局部极小值而无解的问题,并提出同时到达控制策略与航路冲突规避策略,实现多平台同时到达航路规划。在不同场景下比较了耦合方式、ID、DD 3种任务规划框架的规划结果,并对比了传统APF方法与环流APF方法的航路规划结果。结果表明,解耦方式能够得到与耦合方式接近的结果,并且计算耗时明显低于耦合方式;环流APF方法相比传统APF方法求解可行性更高,航路性能更好。对于存在大块障碍的场景,推荐使用ID方式获得更好的准确度,在障碍稀疏的场景下,推荐使用DD方式以减少计算耗时。      

面向任务的空间信息网络体系结构可重组设计

针对空间信息网络体系结构设计和其使命任务的多重性、多维性的问题,提出了一种体系结构可重组设计方法。首先,介绍了空间信息网络及其体系结构的国内外发展现状,分析了研究空间信息网络体系结构可重组设计的需求。其次,结合空间信息网络的概念、结构和特征,建立了松耦合、兼容性、隔离性和可解构的可重组设计原则。同时,定义了管理中心（RMC）和资源中心（RRC）的内涵,分析了RMC和RRC的运行机制,从目标、拓扑、实体、数据、方案5个维度出发提出了一种形式化的可重组网络体系结构模型,并给出了可重组网络体系结构的实现算法流程。最后,以某反导作战活动为例进行了体系结构可组构设计的案例分析,基于STK平台进行可重组网络的仿真演示,着重展示和验证了可重组设计思想在实践中的具体应用,达到了预期目的。     

月面巡视探测器任务规划顶层设计与实现

针对巡视器月面任务规划工程的可实现性,开展了巡视器任务规划顶层设计方法的研究,主要内容包括:任务规划技术特点的梳理与归纳;任务规划输入条件与约束条件的整理,规划变量的统一;任务规划框架的设计,巡视器行为序列与上行控制指令的衔接,针对巡视器行为序列的大模式套用小模式的动态设计等。通过巡视器任务规划工程实现的介绍,说明在巡视器任务规划的顶层设计中,任务的不确定性、部分约束与输入信息的模糊性,是任务规划框架设计以及在后续工程实现过程中需要重点考虑的内容,是与任务规划的工程可实现性直接相关的。     

遥感卫星总体参数设计的建模与协同优化

针对遥感卫星的总体参数设计问题,建立以卫星覆盖幅宽、地面分辨率和总重综合的指标为目标的优化问题,考虑卫星的控制(GNC,Guidance, Navigation and Control)、电源、结构和热控(TCS,Thermal Control System)分系统的分析模型并整理其中的耦合关系,以协同优化(CO,Collaborative Optimization)方法为框架建立多学科设计优化(MDO,Multidisciplinary Design Optimization)模型并用罚函数法求解,获得了协同一致且性能提升的结果.验证了所建模型的合理性和MDO方法应用于卫星总体参数设计优化的有效性.各分系统的模型及求解方法可为MDO方法的工程化应用研究提供参考.     

充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案,首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式,然后设计充气桁架的折叠方案,以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法,并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠,横向折叠率为2.67,纵向折叠率为8.82。基于改进的弹簧-质点系统,完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真,得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠,未发生各构件间的物理干涉,从而评估了协同折叠设计方案的合理性,为此类结构的工程应用提供了技术支撑。     

日地L1点探测任务设计与结果分析

日地L1点是太阳观测任务的理想观测点,对于中国后续太阳观测任务具有重要意义,因此在嫦娥五号的拓展任务阶段设计并实施了中国首次日地L1点探测任务,通过在轨飞行验证了日地L1点转移轨道、环绕轨道设计的正确性,对日地L1点的测控链路环境、太阳辐照环境、三体动力学环境、空间辐射环境等飞行环境进行了探测和验证。轨道飞行和各项环境探测的结果与设计模型的预示结果之间比对一致性较好,通过在轨飞行数据验证了设计模型的正确性。各项试验获得了预期的技术成果,进一步丰富了嫦娥五号任务的成果产出,对中国后续深空探测任务和产品的设计具有重要借鉴意义。     

空间交会策略回顾及自主快速交会方案研究

介绍了已实施的几种典型的空间交会策略.通过分析现在的2~3d交会方案以及国外最新发展的4圈快速交会方案,总结了实现快速交会所要解决的主要技术问题.针对中国空间交会技术的发展需求,提出了一种自主快速交会方案.对比现有的4圈快速交会方案,该方案所允许的追踪航天器和目标航天器的初始相位角范围大大增加,但燃料消耗基本保持不变,这对开展实际工程有较好的指导意义.     

空间在轨增材制造技术的研究进展与展望

空间在轨增材制造（in-space additive manufacturing,ISAM）技术是一种“空间3D”打印技术,在在轨制造和空间基地建造方面具有很好的应用前景。首先概述了空间在轨增材制造技术的主要内涵,进而全面梳理了国际上空间在轨增材制造技术的研究进展。结合空间站、在轨航天器的需求,重点分析了空间在轨增材制造关键技术对其原材料、技术手段以及设备的要求,在此基础上梳理了空间在轨增材制造技术现阶段面临的挑战。综合表明,特殊的空间环境（微重力、高真空等）都在紧密限制着空间在轨原材料、设备以及技术的选用。最后,基于当前空间在轨制造技术的发展现状、需求以及可能的实现途径,为中国空间在轨增材制造技术的未来发展指明了新的方向。     

木星系探测及行星穿越任务轨迹初步设计

基于我国未来木星系探测任务需求,初步设计了任务轨迹。以目前的发射能力,要实现木星的环绕探测必将利用行星借力,需设计借力轨迹。首先将脉冲变轨的轨迹设计问题转化为参数优化问题,在满足2029—2032年间发射并且飞行时间不超过7年的约束条件下,使用PSO算法对发射时刻、借力时刻、深空机动时刻、到达时刻等参数进行优化,使得探测器需提供的总速度增量最小。探测器进入木星系后,利用木卫3借力捕获至环木大椭圆轨道,又利用木卫4构造共振借力,最终捕获至木卫4的环绕轨道。在此基础上,还考虑了天王星飞越的拓展任务,天王星探测器在到达木星时与木星系探测器分离,利用木星借力可无消耗飞往天王星,并在2043年完成天王星的飞越探测任务。     

H-reversal trajectory: A new mission application for high-performance solar sails

The aim of this paper is to quantify the performance of a flat solar sail to perform a double angular momentum reversal maneuver and produce a new class of two-dimensional, non-Keplerian orbits in the ecliptic plane. For a given pair of orbital parameters, the orbital period and the perihelion distance, it is possible to find the minimum solar sail characteristic acceleration required to fulfil a double angular momentum reversal trajectory. This problem is addressed using an optimal formulation and is solved through an indirect approach. The new trajectories are symmetrical with respect to the sun-perihelion line and exhibit a bean-like shape. Two main difficulties must be properly taken into account. On one side the sail is required to perform a rapid reorientation maneuver when it approaches the perihelion. Suitable simulations have shown that such a maneuver is feasible. In the second place the new trajectories require the use of high performance solar sails. For example, assuming an orbital period equal to 5 years, the required solar sail characteristic acceleration is greater than 3.4 mm/s². Such a value, although beyond the currently available sail performance, is comparable to what is required by the original concept of H-reversal maneuvers introduced by Vulpetti in 1996.     

基于MCP的无人机系统可靠性指标分析计算

为计算无人机系统的可靠性指标,论述了现代无人机系统的组成,利用可以收集到的国外无人机外场使用数据,结合无人机系统的不同工作模式,建立了系统的任务可靠性模型,以任务成功概率(MCP)计算为出发点,对无人机系统的平均致命性故障间隔时间(MTBCF)和平均无故障工作时间(MTBF)进行了初步分析计算.      

非线性微分方程y′=sum from i=0 to n (a_i(x)y~i)解空间的显易结构

文章给出了非线性微分方程,具有“第一显易结构”的充分必要条件。     

柔性可靠性与故障诊断处理综合设计技术

针对现代卫星高可靠、长寿命的要求,从卫星系统整体角度出发,根据卫星数字化系统/设备的特点,应用网格技术和多学科综合技术实现卫星内部、甚至卫星个体之间的柔性重组,提高卫星及星座的系统可靠性.提出柔性可靠性技术、测试技术和故障诊断与处理的融合技术,将可靠性、测试性和故障诊断与处理的设计分析与产品功能/性能设计紧密结合,建立综合应用的设计分析模型,实现一体化设计,并尝试对此进行综合应用仿真,以达到卫星数字化系统/设备简单、经济和高可靠的目的.