考虑太阳摄动的小行星附近轨道动力学

本文研究了艳后星(216 Kleopatra)和爱神星(433 Eros)附近的周期轨道,在考虑太阳引力摄动的情况下,发现了以往所遗漏的216 Kleopatra轨道族和环绕433 Eros的12族周期轨道,并且给出了它们的特性。研究结果表明,太阳引力对小行星平衡点位置的影响很小,但是对平衡点上航天器运动的影响较大。同族不稳定轨道中,大Jacobi常数轨道更容易在摄动后保持轨道原来特性,这很好地解释了小行星卫星在较远轨道上长期存在的可能性。     

细说失重

1　失重的机理□□失重是航天飞行中最为奇妙独特和违背“常理”的现象 ,而且是在地面上最难再现和模拟的物理过程。人们在对这种现象感到无比有趣的同时 ,常常希望了解它产生的原因和机理。然而关于失重原因和机理存在着一些似是而非的 ,或者并不准确的解释。科普读物上常见的有两种解释 :一是“引力为零”;二是“离心力与地球引力相抵消 ,或相平衡”。这第一种解释是错误的。首先应当指出的是 ,“失重”是指物体失去重量 ,而不是失去重力。重量是物体对其周围相接触的物体或介质所表现出来的作用力 ;重力则是地球 (或其他天体 )对物体的引…     

空间高精度惯性导航的后牛顿模型

将广义相对论中的惯性系概念引入惯性导航,根据后牛顿引力理论,提出一种新的航天器惯性导航模型.以地球周围的测地运动物体为随动惯性参考系,利用航天器机载加速度计测量的比力和引力梯度作为观测量,通过求解航天器相对于随动惯性系的状态量达到导航定位目的.该方法用于高轨卫星时可以获得较高的测量精度,误差主要来源于惯性元件的测量以及随动惯性系测地轨迹设计,不存在现有惯性导航模型中随时间而累积的误差.     

航天员在太空中怎么睡觉?

正太空中航天器和航天员都处于失重状态,没有任何上下左右的概念,因此也不存在床上床下的概念。睡觉时航天员需要被牢牢固定在睡袋里,否则半夜就不知道飘到哪里去了。同时,航天器里面的空气也处     

小行星远距离抵近轨道

讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时,航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学,为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况,也考虑和阐述了椭圆轨道情况,并取得了一些初步结果。     

小行星远距离抵近轨道（英文）

讨论了小行星引力一阶项可被忽略情况下的小行星远距离轨道设计及动力学。此时,航天器的运动受太阳引力和太阳光压的影响。航天器和小行星的加速度之差在这两者之间形成的独特的相对动力学,为航天器在小行星附近停驻与观测提供特定轨道。完整解决了小行星处于圆形日心轨道这一较简单情况,也考虑和阐述了椭圆轨道情况,并取得了一些初步结果。     

未来深空探测中的人机联合探测

正1971年7月30日,"阿波罗"15号飞船成功登陆月球,与以往任务不同的是,这次任务搭载了一辆月球探险车,这辆月球探险车在持续三天的月面活动中成为了航天员的重要"伙伴"。当斯科特驾驶月球车以10千米/小时左右的速度在月球上"飙车"时,一个崭新的时代——人机联合深空探测的时代,已经悄然来临。深空探测是指航天器在飞行过程中,其所处的主引力场是地球以外的天体,或处于多体引力平衡点附近的空间     

基于FEM的引力参考传感器自引力计算与补偿

空间引力波探测太极计划将利用激光干涉的方法,测量两个检验质量之间的距离变化反演引力波信息。在0.1 mHz处,要求检验质量在敏感轴方向的总残余加速度保持在■以下。由航天器载荷静引力、热形变和质量波动引起的自引力噪声是检验质量的残余加速度噪声主要来源之一,要求检验质量在敏感轴方向的自引力加速度小于1×10^-10m/s²,引力梯度小于5×10^-8s^-2。为了计算检验质量处的自引力大小和引力梯度,针对检验质量与引力源几何形状的不规则性,基于有限元法编写程序计算了引力参考传感器中的引力源作用在检验质量上的线加速度、角加速度和引力梯度。为了缩短计算时间,提出“类自适应”网格划分方法以减小网格数量,并设计了配重以补偿自引力。计算结果显示,经过补偿后的检验质量在敏感轴方向的自引力加速度为9.237 7×10^-12m/s²,引力梯度为-2.569 1×10^-8s^-2,满足设计要求。本研究能够为航天器和引力参考传感器的设计与引力补...     

训练航天员的大型水池

太空环境与地面环境的最大区别是失重，或者称为微重力。航天员在基础训练阶段就要开始进行失重训练，使他们熟悉失重环境和学习太空行走。在地面上对航天员进行失重训练的方法有两种：用飞机作抛物线飞行和使用大型水池。     

人类登陆火星：问题及方法

虽然人类在50多年前就成功地进入太空，但载人火星任务的规模比以前的任何航天项目都要大。目前还没有火箭能够让携带宇航员和到达火星必需的所有供给与燃料的巨型航天器摆脱地球引力到达太空，可能需要用火箭分批将零件送入近地轨道，宇航员在太空中组装好航天器和给养再飞往火星。     

电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法

针对电磁航天器编队近地轨道悬停问题,提出一种在缺少参考轨道准确信息时的协同控制方法。用TH方程描述航天器间的相对运动,选择与参考轨道同周期的圆轨道为标称轨道。将参考轨道相对于标称圆轨道的偏差、地球非球形引力、大气阻力及其他天体引力等参数单独归类,视其为不确定量,构成不确定系统。通过引入一致性理论,在电磁作用模型和动力学方程均存在不确定性的条件下,针对航天器编队悬停的目标设计了鲁棒协同控制律。考虑能量消耗最优和均衡以及轨道姿态解耦,给出了通过优化进行磁矩配置的方案。仿真结果表明,所设计的鲁棒协同控制律能够实现编队电磁航天器高精度悬停,所给出的磁矩配置方案能够实现磁矩的合理分配。      

空间引力红移实验的原理与精度

通过对文献[4, 5]关于空间引力红移实验原理与精度的分析,根据爱因斯坦惯性力与引力等效的原理,提出在航天器内部,重力的大部分被惯性力抵消,因而其中的微重力比轨道重力小很多(失重).因此,应当把星载原子钟的重力势取为与微重力相当的有效重力势,而不能简单地将星载钟的重力势取为轨道重力势.另外,检验相对论红移需要将理论值与实验值进行对比,这两种数值均具有误差,而检验精度取决于误差较大者.因此,如果不提高地球重力模型(例如EGM2008)精度而只提高测量精度则不能提高检验精度.     

平面引力辅助中施加脉冲的最优位置

在引力辅助过程中施加脉冲可以改善变轨效果。虽然轨道设计中一般将施加脉冲的位置设置在轨道的近拱点,但是并没有研究表明近拱点是施加脉冲的最优位置。为了研究平面引力辅助中施加单次共面脉冲的最优位置,首先采用6个参数对变轨过程进行描述,其中3个参数表征平面引力辅助、2个参数表征脉冲的大小与方向、1个参数表征施加脉冲的位置。然后将航天器的状态向量表示成参数的函数,进而求出变轨之后航天器的能量变化。研究施加脉冲的位置对航天器能量的影响,结果表明最优位置一般并不是近拱点,在最优位置施加脉冲比在近拱点有时可高效20%以上。      

基于偏置角动量的欠驱动航天器姿态保持控制

对有扰情况下欠驱动航天器三轴姿态保持控制问题进行了研究,提出一种基于俯仰偏置动量轮和滚动轴推力器的姿态保持控制方法。该方法基于偏置动量航天器滚动-俯仰轴耦合的原理实现,避免了欠驱动零动量航天器平衡点附近欠驱动轴耦合弱的问题;将航天器的姿态运动分为长周期运动和短周期运动,用极点配置方法进行控制律设计,给出保证系统稳定的参数选取范围,求出了系统稳态误差。最后,通过数值仿真验证了所设计的控制器不但能快速消除初始姿态偏差,而且能抵抗外干扰将航天器姿态保持在平衡点附近。     

航天简讯

俄启用新型航天模拟设施□□为进一步研究航天生理、心理学 ,完善载人航天器中的生命保障系统 ,俄罗斯日前启用了能高度模拟航天器内部环境的新型实验设施。俄罗斯科学院医学生物学研究所运用这种新型航天模拟设施 ,首次将失重和寂寞适应性实验合二为一地进行。利用该设施的实验将连续进行 7昼夜 ,其中航天模拟研究有助于提高航天员肌体耐力 ,对完善载人航天器内部设施也具有重要价值。俄专家介绍说 ,在失重环境中 ,人体血液会被重新分配 ,这种状态会使人的水分消耗增大 ,血浆量减少 ,如任其发展 ,则会导致肌肉萎缩、骨骼松脆、免疫力下降。…     

铰链展开式构型航天器设计及其动力学仿真

基于航天器结构的模块化设计概念,设计了一种空间可展开航天器模块化结构构型,即铰链展开式构型。利用虚拟样机技术,建立了模块化本体和太阳翼虚拟样机模型。在空间失重环境下,分析了模块化本体和太阳翼在3种展开顺序下（本体各模块和太阳翼同时展开、太阳翼先展开本体各模块后展开和本体各模块先展开太阳翼后展开）对航天器姿态的影响,同时对比了不同扭簧参数对姿态角和展开时间的影响。仿真结果表明该模型可为未来高机动、多型态、多用途自适应变构型航天器的设计以及空间姿态控制提供技术支持和借鉴。     

简讯

欧洲空间局批准乔托航天器延续计划欧洲空间局(ESA)最近批准了“乔托航天器延续计划”(GEM),即在1992年乔托航天器将探测“格里格·斯克吉勒鲁普”彗星。今年7月,乔托航天器将擦过地球,借助地球引力,朝格里格彗星飞去,1992年7月10日到达该星。 ESA说,乔托航天器将对格里格彗星进行尘埃分布、尘埃测量和彗星等离子体科学方面的探测。因乔托航天器在1986年3月与哈雷彗星交会时,星上的彩色相机可能因猛烈碰撞而受到严重损坏,所以,无法发回关于格里格彗星的彩色照片。     

失重因素对航天员体温调节影响的分析

系统地总结了实际载人航天及地面模拟中失重因素引起的航天员生理性体温调节功能变化的种种现象和内在联系。指出在失重环境下 ,自然对流消失 ,血液重新分布 ,排尿性失水增加 ,血浆容积变小 ,心血管系统功能下降 ,最大氧摄入量降低 ,这些都可导致体温调节能力受损 ,最终使航天员的高温耐力明显下降。文章同时指出 ,在体温调节系统中 ,行为性调节是生理性调节的补充和延伸 ,前者只有通过后者才能发挥作用 ,因此 ,在航天器座舱温控系统及航天服通风 -液冷系统的设计中 ,应充分考虑失重因素的影响。     

抗磁性物质磁悬浮方法在空间生物学与生物技术中的应用

失重是特定空间运动条件下的重要环境物理特征之一, 一般以微重力环境来表示. 几十年来人类利用空间失重环境进行了多学科领域的科学研究与探索. 由于真实空间失重环境下科学实验机会稀少, 人类为研究空间失重环境或效应, 开发了多种地基的空间模拟实验技术方法. 然而, 对于空间生物学和空间生物技术研究而言, 已有的各种模拟实验技术手段在原理上和应用上均存在一定的局限性. 本文介绍了抗磁性物质在大梯度强磁场中的悬浮现象, 及将其用于模拟空间失重环境的方法与原理;简述了近年来利用抗磁性物质悬浮方法进行生物大分子晶体生长、分子细胞生物学及整体生物学等方面研究与应用的进展.      

高精度空间加速度计及其应用

高精度空间加速度计不仅可以用来测量航天器受到的非引力, 例如航天器受到地球的热辐射压力、太阳辐射压力、大气阻力等, 而且还可以作为惯性参考用来改善航天器的微重力水平, 即对航天器进行无拖曳控制. 通过对开环加速度计基本工作原理的研究, 概述了高精度空间加速度计的发展趋势和现状, 介绍了几种不同类型的高精度空间加速度计, 重点讨论了其在地球科学和空间基础物理研究中的应用.