运载火箭控制系统动力学响应特性分析

对计及刚体、晃动动力学条件下的运载器系统响应特性进行研究和简化分析，提出精简运动方程的主要思想，推导出动力学响应传递函数零、极点与原始参数这间的数学关系式。最后给出计算结果。     

卫星在轨微振动隔离系统动力学分析

针对采用主动隔振系统时,有效载荷和卫星平台因质量接近而产生的运动耦合问题,文章使用牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法对设计的Stewart隔振系统进行动力学建模,给出了有效载荷和卫星平台质量接近时运动耦合模型,以及卫星平台质量无穷大时的运动无耦合模型下的系统动力学方程,对比分析了两种模型下系统动力学响应。结果表明:Stewart隔振系统在两种模型下系统动力学特性差异较大,有效载荷和卫星平台质量接近时,运动耦合模型的有效载荷角振动响应峰值大、平动响应峰值小、系统模态频率较高。因此,有效载荷和卫星平台质量接近时应采用运动耦合模型进行动力学建模。研究结果可为卫星有效载荷微振动隔离提供理论参考。     

不同约束模型下降落伞-返回舱系统运动特性分析

建立了球铰链约束、单点吊挂约束、倒“Y”型约束三种约束模型,并对某型号舱-伞系统稳定下降过程的运动特性进行仿真计算,给出在三种约束模型下,系统运动参数随时间、高度变化的对比曲线图,并对仿真结果进行分析。计算所得结论可为降落伞-返回舱系统进行运动特性分析时简化约束模型提供重要参考。     

导弹姿态控制系统鲁棒稳定性分析

研究了某型导弹弹体模型及其在飞行中的运动特性，对其姿态控制系统模型进行了简化，分析了导弹姿态控制系统在参数摄动条件下的动态特性，并时影响系统性能的不同参数偏差间的相互补偿进行了研究。结果表明，在某些测试参数偏差超出允许的条件下，如果系统有足够稳定裕度，只要不是功能性问题，仍可以进行发射。     

逆向卸荷式气体减压阀的动态特性仿真

考虑到摩擦力、阻尼力及流体流动作用力等主要非线性因素对减压阀动态特性的影响,建立了逆向卸荷式气体减压阀的动态特性数学模型,并对其启动过程与负载变化下的动态响应特性进行了仿真计算,研究了动态过程的压力、温度、流量以及阀芯位移等参数变化情况,分析了不同的参数对减压阀启动特性的影响,提出了改善减压阀动态响应特性的措施。     

热声载荷下高温合金薄壁结构非线性动态响应特性

针对航空航天薄壁结构热声疲劳问题,采用解析法和有限元法相结合,研究矩形薄板样件的非线性动态响应特性。首先,推导了四边简支矩形板在热声载荷下的四阶非线性偏微分大挠度运动方程,并利用伽辽金法将其转化为模态坐标系下的二阶微分方程组;对该方程组进行单自由度简化,计算并分析了平面温度与温度梯度对矩形板振动响应的影响。然后,采用有限元方法计算出四边简支矩形钛合金板在不同温度下的模态频率,以及定常声压级、不同温度下的振动位移和应力响应,并着重对位移功率谱密度进行了详细分析。基于上述计算结果,对响应基频随温度变化关系进行了对比分析,并研究了矩形板屈曲和跳变响应特征。     

生物地理学优化算法在双闭环直流调速系统中的应用

为提高双闭环直流调速系统性能,将分数阶PIλ控制器应用到调速系统的电流环和速度环。通过生物地理学优化算法来优化系统的参数,并与采用传统工程设计方法确定参数的整数阶PI系统和通过生物地理学优化算法确定参数的整数阶PI系统进行对比,研究了3种系统的阶跃响应和抗干扰能力。MATLAB仿真表明:采用生物地理学优化算法设计的分数阶PI~λ系统具有阶跃响应上升速度快,超调量小,在负载突变情况下波动小,恢复快,抗干扰能力强的优点。     

天线指向机构位置伺服的H_∞-PID控制研究

针对大型卫星天线指向机构高精度高可靠性的要求,研制了一种永磁同步电机驱动的新型天线指向机构.在建立双质量体驱动模型的基础上,以ITAE(时间乘以误差绝对值积分)为优化指标,在H_∞混合灵敏度约束下PID参数的稳定域内,采用遗传算法对PID控制器的参数进行了优化.最后采用优化的PID控制器对指向机构进行了控制仿真和实验验证,结果表明系统具有响应快速而平稳、抗负载扰动和模型误差能力强的特点.     

机器人动态受力感知及零重力运动模拟技术

针对航天器在轨服务任务的地面零重力模拟需求，研究基于工业机器人的零重力运动模拟技术。建立基于BP神经网络的受力感知预测模型，该模型采用机器人末端姿态、加速度、角速度和角加速度作为输入层参数，采用机器人末端六维力传感器数据作为输出层参数，实现了对机器人末端负载的高精度动态受力感知。设计正交试验方法确定机器人的运动路径点进行样本数据采集，实现了受力感知预测模型对机器人全工作空间的覆盖。进一步，基于对机器人末端负载的受力感知数据，应用动力学理论计算负载在失重状态下的运动速度，并控制机器人执行相应的运动，实现了对机器人末端负载的零重力运动模拟。     

卫星太阳电池阵模拟器工作模式研究

为了使太阳电池阵模拟器更真实地模拟卫星太阳电池阵在轨工作请况,首先,设计了一种易于工程实现的太阳电池阵模拟器硬件系统结构,同时为实现最大功率点运行,设计了卫星负载变换电路来实现卫星负载与太阳电池阵模拟器的阻抗匹配。其次,总结了太阳电池阵模拟器与卫星负载组成的系统的3种特性、6种工作点,分析了3种特性下系统工作点的建立过程。最后,采用太阳电池阵模拟器和卫星负载模拟器(电子负载)分别对3种特性下的系统工作模式进行了试验分析,试验结果证明了系统设计与理论分析的正确性和有效性。该设计与分析方法已在多套太阳电池阵模拟器中得到应用,使太阳电池阵模拟器与卫星组成的系统性能得到了优化。     

SMOS与Aquarius卫星海表盐度测量方法及数据的对比分析

国际上发射的海表盐度遥感卫星主要有2颗:欧洲的SMOS和美国的Aquarius卫星,为给后续海表盐度遥感提供参考借鉴,对比分析了这2颗卫星的遥感器载荷、数据处理算法和盐度数据。遥感器载荷方面,SMOS采用L波段二维综合孔径辐射计,而Aquarius采用L波段实孔径辐射计加散射计;数据处理算法方面,分析了二者在介电常数模型、海面粗糙度校正以及反演算法方面的差异;盐度数据方面,分析了SMOS与Aquarius盐度数据之间的相关程度,并分别与ISAS(In Situ Analysis System)浮标盐度数据作对比,分析了2颗卫星的盐度数据精度。将2颗卫星的盐度遥感数据与ISAS浮标盐度数据对比发现,在全球范围内,Aquarius盐度测量精度优于SMOS;但在开阔海域,SMOS盐度测量精度优于Aquarius;而在近海岸区域,均出现较大的误差,且SMOS数据误差更大。     

全数字化星载信号处理载荷架构设计

面对商业航天新业态的迅猛发展,围绕高可靠、高效率、高效益的航天发展目标,针对卫星有效载荷的载荷核心——星载信号处理载荷部分,参考美国国家航空航天局的空间无线电通信体制设计思路,以硬件平台化、功能软件化、软件构件化为特征基础,通过对软硬件体系、载荷时频、重构方式、资源共享等多元化的设计,构建了一种灵活、通用、易扩展、需求适应强的全数字化星载信号处理载荷架构。相比于传统星载信号处理载荷,采用该架构设计的星载信号处理载荷可以广泛适应各类星载信号处理的需求,极大地提升有效载荷的信号处理能力及可靠性,降低载荷的研制周期与成本,为未来卫星有效载荷的软件化、网络化、智能化发展提供技术支撑。     

Overview of scientific payloads onboard the KSR-III rocket

The Korea Sounding Rocket-III (KSR-III) was successfully launched on November 28, 2002 from the west coast of the Korean Peninsula. The science payload onboard the KSR-III included an ozone detector and two magnetometers along with other various sensors installed to measure physical characteristics such as temperature, pressure, strain, and acceleration. The main objective of KSR-III was to evaluate the liquid propulsion engine system which has been newly adopted in the KSR series. In addition to this main objective, the science payload conducted atmospheric soundings. The payload data were transmitted to the ground station in real time by an onboard telemetry system. The UV radiometer measured the direct solar UV radiation and during the ascending phase the vertical ozone density profile was obtained. This result was compared with coincident measurements taken by other satellites, a ground station, and an ozonesonde. A fluxgate-type magnetometer was onboard the KSR-III to observe the Earth's DC magnetic field and for AC field measurements, a search-coil magnetometer was installed. This was the first Korean mission to use magnetometers on a rocket-borne platform to measure the Earth's magnetic field. Using the telemetry magnetometer data, a study on the rocket attitude was carried out. This paper will give an overview of the design, calibration, and test results of the science payload onboard the KSR-III.     

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。     

MERLIN: Mars-Moon Exploration,Reconnaissance and Landed Investigation

Mars' moons Phobos and Deimos are low-albedo, D-type bodies that may preserve samples of outer solar system material that contributed organics and volatiles to the accreting terrestrial planets. A Discovery-class mission concept described in this paper, the Mars-Moon Exploration, Reconnaissance and Landed Investigation (MERLIN), will obtain in situ measurements from Deimos to test models for the moon's origin. The measurement objectives of MERLIN are to determine Deimos' elemental and mineralogical composition, to investigate its volatile and organic content, and to characterize processes that have modified its surface. To achieve these objectives, a landed payload will provide stereo imaging and measurements of elemental and mineralogical composition and interior structure. An orbital payload will acquire global high-resolution and color imaging, putting the landing site in context by characterizing Deimos' geology. Following MOI the spacecraft flies in formation with Deimos, and uses small changes in its orbit around Mars to investigate Deimos from a range of altitudes and illuminations over 4 months. Data taken during 1- to 2-km altitude flyovers will certify a landing site. The spacecraft will be delivered to a point several kilometers above Deimos, and will navigate to landing on a fresh exposure of regolith using onboard imaging. 90 days of baseline landed operations will provide a complete set of measurements, with schedule reserve, and there is sufficient propellant to repeat the measurements at a second site.     

基于多源卫星融合资料的中国近海海洋锋检测研究

海洋锋是海洋动力学中重要的研究对象.目前主要利用卫星遥感海面温度数据分析海洋锋.由于夏季中国近海海域海面温度趋同特性,无法利用海面温度数据分析海洋锋,而卫星遥感海色数据可以有效弥补海面温度检测海洋锋的不足,提高海洋锋检测的准确性.基于多源卫星融合数据,利用梯度检测算法对中国近海海域进行海洋锋研究,结合海面温度和蓝绿波段...     

载人飞船有效载荷搭载技术及试验验证

载人飞船飞行任务中搭载的有效载荷设备质量、体积大并且安装要求苛刻,而返回舱内空间狭小且舱内环境复杂。针对这个问题,文章提出了通过改装返回舱座椅作为有效载荷搭载安放的方案。经过试验验证表明,该方案对飞船的影响很小,并且满足有效载荷设备搭载要求。     

空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台自动调平研究

Hexapod微激振平台具有负载重量大和振动量级小的特点,为了实现精确卸载、作动器小量级精密控制,研制了基于空气弹簧支撑的Hexapod微激振平台。该平台包括负责工作状态承载的4点梯形分布的空气弹簧柔性支撑和负责非工作状态承载的3点刚性辅助支撑两部分。针对该平台自动调平控制的两大问题:即柔性支撑与刚性支撑之间存在的力耦合以及气路控制中存在的非线性和时延性,提出了连续充气和脉冲充气相结合的开关控制策略。为验证自动调平控制的可行性,在负载重量约为200 kg的Hexapod微激振平台上进行试验,结果表明,平台可在140 s内实现自动调平,且6个作动腿位移误差不超过1 mm。     

航天器舷窗玻璃超高速撞击损伤与M/OD撞击风险评估

用北京卫星环境工程研究所的18mm口径二级轻气炮(TLGG)和20 J激光驱动微小飞片装置(LDFF-20)对用作航天器舷窗玻璃的熔融石英玻璃的超高速撞击损伤特性进行了实验研究和分析.其中,TLGG发射的球形铝弹丸直径分别为1 mm和3 mm,速度2～6.5 km/s;LDFF-20发射的圆柱形飞片厚度7 μm,直径1 mm,速度1～8.3 km/s.撞击结果为:对12 mm厚的熔融石英玻璃,直径为3mm的弹丸甚至在2.8 km/s的低速下就将其穿透,而直径为1 mm的弹丸在6.5km/s的高速下没有穿透,这说明弹丸直径对撞击损伤特性有很强的影响;LDFF-20发射的微小飞片的撞击仅在玻璃表面产生很浅的凹坑,没有裂纹产生,但微小飞片的累积撞击损伤明显地降低了玻璃的透光性.实验初步获得了侵彻深度PC、侵彻直径D1与弹丸撞击速度Vp、弹丸质量Mp之间的经验关系.依据实验结果和目前的微流星体/空间碎片(M/OD)环境工程模型,建议对于高度为400 km、轨道倾角42°、寿命为3年的典型航天器,其舷窗玻璃的临界安全(非穿透)厚度至少为12mm.     

Taking a common-pool resources approach to space sustainability: A framework and potential policies

This paper examines Nobel Prize Winner Elinor Ostrom's principles for sustainable governance of common-pool resources (CPR), capturing the best practices of CPRs over the years, which avoid the “Tragedy of the Commons” without being either completely privatized or controlled by a Leviathan entity. Ostrom's principles highlight, inter alia, the need for clear boundary definitions, rules tailored to fit the domain, who has a say in formulation of collective-choice agreements and operational rules, monitoring of behavior, graduated penalties, and conflict resolution mechanisms. In the context of the space domain they highlight issues such as the definition of where space begins, gaps in the existing liability regime, the concept of collaborative space situational awareness, and how best to include emerging and developing space actors in negotiations and decision making. The paper concludes that Ostrom's principles highlight specific areas on which to focus initial space sustainability efforts and national and international policy. It also recommends further analysis into how best to translate her principles to the space domain, where they may not be wholly applicable because of the unique nature of space, and how to evolve space governance institutions and mechanisms to best suit the unique environment of outer space.