空间站航天员信息管理技术初步研究

在空间站任务中,由于工程实施的复杂性及其在轨运行的长期性,航天员参与活动是整个任务的关键所在,而围绕航天员的信息管理必将成为其运营的核心技术之一。首先,详细分析了空间站航天员信息来源,进而研究其信息管理模式与软硬件配置需求,最后提出空间站航天员信息管理框架初步设想,可供工程实践参考。     

航天员混合现实训练与支持技术研究

基于航天员地面单人便携训练、多人协同操作训练、空间在轨操作辅助支持以及远程协同支持等工程任务需要,开展混合现实训练与支持技术研究。设计了航天员混合现实训练与支持的工程实现总体技术框架,针对航天员地面训练环境、在轨任务环境以及远程支持环境等特殊因素,对混合现实头盔头部位姿实时估计技术、多人协同操作技术以及远程支持场景匹配等关键技术进行研究。试验验证和航天员体验表明,技术方法有效、用户体验良好,满足空间站航天员地面与长期在轨典型性训练和支持任务需求,提高了训练支持质量和效率。     

空间站运营任务安全性评估工作研究

针对空间站运营管理中保证航天员和平台安全的需求,介绍了国际空间站安全性工作组织架构和工程活动实施经验,从我国空间站在轨寿命长、在轨任务多、安全性要求高等特点出发,从与人机工效相关的安全性工作、有效载荷安全性认定、以安全性为中心的维修、风险量化分析与控制、建立运营任务安全性规范体系五个方面提出了空间站运营任务的安全性评估工作思路,可以为我国空间站工程安全性技术体系的建立提供借鉴和参考。     

航天员在轨认知能力监测研究进展

认知能力是影响航天员在轨绩效的重要因素,长期在轨认知能力监测是航天员在轨状态评估的重要方面.总结梳理了自和平号空间站以来在不同时期采用的在轨认知能力监测方法,并对目前取得的中短期和长期在轨认知能力研究成果进行分析.在轨监测的研究结果表明,航天员在轨认知能力下降主要出现在飞行适应初期和返回地球后,在轨期间没有发现明显的认...     

一种基于物联网技术的宇航智能家居系统设计

为满足未来载人航天器可能的在轨工作生活需求,提出了一种基于物联网技术的面向载人航天器的智能化、网络化、商业化的宇航智能家居系统设计方案。该方案研究了宇航智能家居系统的总体方案及协议架构,详细规划设计了宇航智能家居系统功能,并分析了系统设计方案可行性,有助于提升载人航天器人机交互的高效性、便捷性、舒适性及智能性,为在轨航天员提供更加宜居的在轨工作生活环境支持。     

空间站高压锂电采集电路的安全性设计与应用研究

由于空间站有锂离子蓄电池组在轨更换的需求,为保障航天员在进行电池更换操作时的人身安全,电池组内设计有分断开关,但分断开关的动作会引起浪涌电流及反向过电压,影响基于AD7280芯片的锂电采集电路及下位机系统的安全。研究了在分断开关工况下浪涌电流及反向过电压的产生原理,提出了一种基于AD7280芯片的锂电采集电路的优化设计方案,通过采取反压隔离、浪涌抑制及高低压隔离等保护措施以进一步提高系统的安全性和可靠性,并通过Cadence仿真及试验进行验证,结果表明该设计方案安全、可靠、满足系统要求。     

空间站舱内飞行器总体设计及试验方案研究

针对我国对能在空间站内部运动、完成飞行试验与在轨服务任务的舱内飞行器的研制需求,设计了一种舱内飞行器总体方案,提出了关键指标要求及子系统层级的舱内飞行器实现方案。在此基础上,对飞行器各系统包括结构、电源、综合电子、通信、GNC等进行了设计与校核。最后,对舱内飞行器的在轨算法试验和地面测试仿真方案进行了分析与设计。方案可行性通过舱内自主交会数值仿真得到了验证。     

国外载人航天器维修性标准综述

为保证中国空间站在轨长寿命、高可靠运行,达到10年以上的运行寿命,对维修性设计、分析、验证及在轨维修工作提出了迫切需求。通过对国外载人航天器维修性相关标准进行调研和系统分析,对GPQ-MAN-04《国际空间站有效载荷以安全性为中心的维修性(维修手册)》、GPQ-MAN-05《国际空间站有效载荷在轨维修以安全性为中心的方法——维修计划指南》、JSC-48513-4A《国际空间站维修&维修小组(MRG)在轨飞行维修手册》、GPQ-010《有效载荷项目的产品保证要求及其附录》及相关5个附录等重要国外维修性标准进行系统研究及解读,并对中国载人航天器维修性标准的制定进行了展望。     

面向空间站在轨服务的人机系统概念设计

针对航天员与空间机器人组成的人机系统,对航天员与机器人的定位和关系进行了分析,根据我国空间站未来舱内外平台运营维护及载荷设备照料对人机系统的任务和功能需求,提出了一种以构型及操作特点与航天员类似的四臂拟人机器人为基础的新型人机系统,并从机器人的机构构型、控制模式及人机交互手段等方面对人机系统进行了概念设计。可为我国空间站后续运营维护手段的配置提供有益参考。     

载人航天 WiFi 头戴的设计与实现

空间站无线局域网是空间站通信网络的重要组成部分。 WiFi头戴是基于空间站无线局域网进行话音通信的一个重要应用,不仅可以为舱内航天员提供便捷的无线话音通信服务,还可以为航天员的出舱活动提供无线话音通信服务。研究和分析了空间站无线WiFi组网和应用的技术可行性,提出了一种适合于空间站使用的WiFi头戴的设计与实现方案。该方案采用现有的专用集成芯片,技术上支持802.11 n标准,性能指标先进,可以满足空间站无线话音通信的使用要求。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

空间站阶段航天员搜救按需服务研究

针对空间站阶段航天员搜救问题,对航天员搜救特点和航天员搜救按需服务进行了分析,提出基于天基信息系统的航天员搜救按需服务和建立航天员搜救按需服务信息系统;以天基信息系统为主要基础设施,基于航天员搜救"拉"和"推"两种服务模式,将搜救需求分析、搜救服务决策、信息获取和信息传输有机结合起来,对航天员搜救按需服务信息系统进行了设计,并提出了系统应用方案。系统可为航天员搜救提供可定制的按需服务,促进航天员搜救一体化、信息化和智能化水平提升。     

航天员长期驻留面临的问题与对策

以保障航天员长期在轨健康生活和有效工作为目标,从环境安全、身心健康、正常生活、工作绩效四个维度,识别人在空间长期驻留保障面临的风险、问题和挑战,提出应对策略和解决措施,并提出航天员长期驻留保障的技术体系,可用于指导空间站航天员驻留保障技术研究。     

机器人航天员精细操作方法及在轨验证

针对航天员舱外活动风险与空间探索的效率问题,建立了具有双臂手的机器人航天员系统。该机器人航天员由多自由度机械臂、仿人灵巧手及具有双目视觉系统的头部等构成,具有位置、力矩、视觉等多种感知功能。为了验证机器人航天员及在轨人机协同关键技术,在空间微重力环境下与航天员配合完成多种演示验证试验,为空间机器人辅助或配合航天员开展在轨维修积累了经验和数据。     

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。     

中国空间站分布式运行控制模式

空间站任务飞行事件密集、参与单位众多、协同关系复杂,为高效、可靠、安全组织空间站运行控制工作,提出了优化一种模式、建好一个平台、形成新型机制的总体思路,运用系统工程思维设计了以5类中心为骨干、异地容灾中心备保的分布式空间站运行控制体系架构。给出了关键任务段适当集中、长期运行段完全分布的联合运行控制模式,进一步提出分布式运行控制平台、容灾备份系统等重点发展完善方向。该模式具有较高的可靠性、安全性和实施效率,能够较好地适应空间站长期在轨、航天员连续驻留的任务场景,可保障中国空间站运行控制工作可持续运转。     

一种基于首发货运飞船的姿态控制试验方案研究

针对首发货运飞船的任务特点,兼顾未来空间站的需求,提出姿态控制试验系统方案,用于首发货运飞船。在基本不改变标准平台状态的前提下,可在轨验证满足后续型号任务需求的扩展平台功能,减少自主飞行与离轨推进剂消耗量共计560~690 kg,更好地满足了其他飞行任务与试验的推进剂需求,同时还可提前验证空间站关键单机。分析了三轴对地、连续偏航、90°俯仰对地、俯仰机动、组合体CMG融合使用等姿控模式,并进行了仿真,验证了方案的可行性。     

面向突发任务的空间站任务重规划方法

针对空间站在轨运营出现突发任务的情况,提出一种基于启发式规则的任务重规划方法,满足了方案重规划的快速响应需求。根据任务执行的连续性特点和冲突状态,建立了空间站突发任务规划领域模型。考虑重规划过程中任务包含活动间复杂约束关系传播的影响,提出了时间回溯迭代冲突化解策略,同时依据任务执行时间间隔,提出针对间隔插空的时间冗余启发式规则。基于时间回溯迭代冲突化解策略和时间冗余启发式规则,对原任务执行计划进行实时重规划,实现了突发任务的快速响应。应用算例分析表明,提出的重规划方法可以成功地满足空间站突发任务规划需求,实现实时更新空间站在轨任务执行详单的目的。     

空间站可充气展开舱外载荷原理样机结构设计与分析

为了给航天员在轨科学实验提供更大的操作空间,并为未来空间站可充气展开舱段及充气式月球基地的建设进行相关技术验证,基于充气式运输居住舱设计理念,设计了一种由多层复合材料构成的柔性外壳及中央芯柱结构组成的空间站可充气展开舱外载荷原理样机。为了给结构限制层在压差作用下的囊体应力估算提供参考,分别推导了结构限制层囊体在压差作用下的环向应力和轴向应力,利用Von Mises应力描述囊体二向应力状态,并将结果与基于ABAQUS的有限元分析结果进行对比,验证了理论分析方法的有效性。最后样机试制及充气展开试验验证了包括舱门机构、地板展开机构和柔性外壳在内的舱外载荷原理样机结构设计方案的可行性。     

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。