MEO导航卫星热控系统设计及验证

为解决MEO导航卫星整星热控设计以及有特殊温控指标要求设备的温度控制问题,结合卫星构型、轨道姿态、工作模式等特点,采用被动散热、扩热及局部隔热的热控措施,辅以开关或高精度比例控温算法分级主动热控设计原则。针对载荷大功率设备和相控阵天线,采用热管网络结合扩展散热区的热控措施;针对有温度敏感指标要求的蓄电池组、原子钟等采用隔热措施,辅以主动热控进行独立控温设计;热控软件设计采用在轨自主故障诊断及自动隔离设计方法,显著提升热控系统在轨自主运行能力。经过地面整星级热平衡试验验证及优化设计,在轨多颗卫星的飞行数据表明：整星热控方案设计合理,星上各仪器设备温度满足要求,温度设计余量及变化趋势符合预期。

     

在轨服务卫星GNC系统地面测试与在轨支持设计

针对在轨服务卫星GNC系统的任务特性,设计了一套地面测试系统,经过相应模块扩展即可用于在轨服务技术支持.该系统已应用于某型号GNC系统的地面测试和在轨运行,稳定性和可靠性良好.地面测试系统由动力学仿真器、星上产品模拟器、ATS测试系统、三维显示系统组成,该系统充分验证了星上软件算法逻辑和硬件电气接口.增加三维避障、图像显示分析等模块后,测试系统实时性更强,可视化程度更高,能适应卫星在轨服务等复杂工况.     

GEO轨道太阳帆热致干扰力矩分析

太阳帆由轻质伸展臂张拉大面积柔性薄膜结构组成。当太阳帆经历空间高低温环境时,温度场突变以及材料热膨胀系数的不一致将激起伸展臂的变形和振动,对太阳帆的姿态产生干扰力矩,影响控制系统的稳定性。提出了太阳帆热致干扰力矩分析方法,以豆荚杆式伸展臂支撑的太阳帆为仿真对象,建立了热-结构分析模型,分析了太阳帆在进出地影时结构的瞬态温度场分布,进一步计算了突变温度场下结构的动态响应,最后获取了热致动力学响应对中心星体的干扰力矩。数值仿真结果表明,热致变形和进出地影时伸展臂的热致振动将会对太阳帆中心星体造成不可忽视的干扰,干扰力矩幅值达10^-3N·m。提出的方法可对太阳帆在轨热扰动响应进行精确预示,对工程设计具有理论指导意义。     

电动负载模拟器多余力矩产生机理及抑制

介绍了直流力矩电机驱动的电动负载模拟器的机械结构和工作原理,建立了电动负载模拟器执行机构的数学模型并用方框图表示.分析了直流力矩电机的机械特性并指出其正常工作的范围.分析了电动负载模拟器在启动过程、正常运行和换向过程中多余力矩产生的机理,提出用基于结构不变性原理的前馈补偿方案来补偿多余力矩.仿真结果从理论上证明了前馈补偿方案可以很好地解决多余力矩带来的干扰,实验结果也证明了前馈补偿方案的有效性和可行性.      

服务于在轨卫星的自动服务卫星

目前,要想改进军用和商业卫星,除了发射新卫星外没有别的办法。但也不乏一些先知先觉的人,美国国防部的一些分析人员曾研究过制造一种能对卫星进行“加油”并安装先进电子设备和蓄电池的自动服务卫星所需的成本及带来的好处,他们得出的结论是这种在轨服务可显著延长卫星的寿命,并使运行卫星星座的成本降低20％～30％。而其关键是发展无人自动服务卫星。     

小卫星在轨安全分离速度设计

论文针对母星在轨释放小卫星安全速度设计开展研究。在考虑母星机动变轨约束条件下,基于Hill方程推导了分离速度的解析表达式,并与考虑了多种摄动因素的数值解进行了比对,误差的量级为10-3m/s。可为在轨释放安全分离速度的确定提供一种迅速准确的解析算法。     

滑环伺服系统对主轴干扰的实验研究

通过实验和分析证明 ,在带滑环伺服系统并由气浮轴承支撑的高准确度惯性器件测试转台中 ,因滑环系统跟踪主轴所产生的误差和位置传感器零位安装误差的存在 ,造成两轴系之间输电导线弹性变形力矩对主轴的干扰比空气轴承的干扰更大。     

卫星重力测量中加速度计在轨参数校准方法研究

文章介绍了静电悬浮加速度计的基本工作原理,概述了目前卫星重力测量中加速度计参数的在轨外部校准方法,讨论了利用推进器推力、卫星旋转产生的离心力、引力开展加速度计标度因数在轨实时标定的可行性。     

卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断

减少卫星在轨故障,使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题.为了分析在轨卫星故障的原因,探索最新的卫星故障诊断方法,首先收集了2003～2021年卫星典型在轨故障案例,然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析,包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等,最后介绍了基于...     

资源三号卫星控制系统概述及在轨验证

资源三号(ZY-3)卫星是一颗民用高分辨率立体测绘卫星.针对ZY-3卫星特点,对控制系统方案进行概述.通过星敏感器相对基准的标定以及星敏感器和陀螺联合滤波实现高精度姿态确定;通过设计结构滤波器和磁卸载力矩的前馈补偿实现三轴高稳定度控制;通过轨迹规划实现大角度侧摆机动.根据卫星在轨运行数据,给出相应指标实现情况,对姿态控制系统的方案和指标满足情况进行在轨验证.     

轨控大干扰下的系统角动量管理

摘要： 针对利用角动量交换装置系统实现轨控期间姿态维持的情况,研究当轨控推力器存在大力矩扰动时系统角动量管理方法.结合对地运行航天器轨道运动特性,分析轨控干扰力矩的积累角动量变化规律;考虑角动量管理装置系统的角动量存贮容量,基于角动量积累规律提出了一种结合偏置角动量建立与对称分布轨控位置选择的系统角动量管理方法,实现了对称轨控位置积累角动量互相抵消的自平衡效果,极大程度地提高轨控效率且避免系统角动量饱和现象.所提出的方法适用于喷气欠驱动控制系统,方法的有效性通过了数学仿真验证及在轨型号应用.     

GEO螺旋巡游轨道的相对运动分析和螺旋环设计

摘要： GEO螺旋巡游轨道采用螺旋巡游方式,以不同的构型“上下浮动”在GEO轨道附近,可实现对该轨道上空间目标和空间环境的高精度探测.本文在分析GEO轨道航天器运动规律的基础上,应用小偏差理论分析螺旋巡游轨道与GEO目标之间的相对运动,给出平面螺旋环和三维螺旋环的设计方法,为GEO螺旋巡游轨道的设计奠定基础.     

基于改进萤火虫算法的小卫星质量特性调整#br#

摘要： 为了消除小卫星在轨运行过程中因燃料消耗等原因造成质量特性变化的影响,提出一种基于改进萤火虫算法的卫星在轨质心调整方法.该方法运用萤火虫算法对PID控制器的参数整定进行优化,针对收敛速度慢和容易陷入局部极小值的问题,引入自适应步长因子对算法进行改进.算法通过编程注入星载计算机,进而控制电机调整机构完成卫星在轨质心调整.依托于地面气浮平台进行半物理仿真实验,实验结果表明改进算法在第48次迭代完成PID参数整定,相较于其他算法具有更快的收敛速度和动态响应特性.基于改进算法的调整系统可在59 s将单轴质心偏移量减小到精度要求,验证了系统在小卫星质量特性调整上的实时性和稳定性.     

共线三星库仑编队动力学与自适应控制研究

摘要： 针对地球同步轨道处共线三星库仑编队队形保持的自适应控制问题进行研究,建立共线三星库仑编队在地球同步轨道的非线性相对运动动力学模型,研究仅使用库仑力作为控制力,实现共线三星库仑编队径向静态稳定的控制方案,并在库仑力建模中考虑德拜效应的影响.基于建立的非线性化动力学模型,同时考虑到外部扰动力的影响,设计三星共线库仑编队在地球同步轨道的构型保持自适应控制律,并利用Lyapnuov稳定性理论证明系统的闭环稳定性,进行数值仿真.     

基于降阶ESO的微小型空地导弹改进LQR滚转控制

摘要： 由于投弹包络范围大及复杂多变的飞行环境,模型存在高度不确定性、外界阵风干扰以及弹体内部强扰动等,使得导弹滚转姿态具有一定控制难度;另一方面,对于弹翼展弦比小的轴对称微小型空地导弹来说,其结构特性的原因使得基于二回路经典控制论下的滚转姿态得到的控制品质较差,且鲁棒性及抗干扰能力弱.因此提出采用降阶ESO估计内外强干扰及不确定性等复合干扰并进行实时前馈补偿,在简化标称模型基础上利用最优控制思想即带有积分项的LQR稳定区间法来设计控制器,实现无静差稳定跟踪响应的复合控制方法,以此来提高弹体滚转姿态的动态特性、鲁棒性及抗干扰能力,并进一步证明其闭环稳定性,由仿真得出此复合控制方法优越性的结论.     

基于虚拟目标的导弹越肩发射初制导轨迹优化

摘要： 对具有攻角约束的空空导弹越肩发射轨迹优化问题做出研究.针对空空导弹越肩发射初制导段拐弯问题,设计了基于虚拟目标的程序指令. 基于最优控制的思想,利用高斯伪谱法求解最优程序指令,并根据所得指令的特点提出了三段式指令计算方法.在此基础上,比较了不同空域、速度以及虚拟目标位置条件对程序指令的影响.同时基于预测控制的思想,对程序指令进行在线修正,提高了导引指令的鲁棒性.三通道仿真结果表明,指令可以使导弹快速转弯并在转弯完成时指向虚拟目标.     

基于ECSS标准的航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议设计

摘要： 国内外航天器姿轨控系统广泛应用基于1553B内总线的体系结构.针对国内航天器姿轨控系统内部1553B总线数据协议不统一带来的可集成性、可扩展性和通用性差的问题,本文设计了基于ECSS标准的姿轨控系统内1553B数据总线协议,从姿轨控系统内部总线数据业务需求分析出发,提出了四层结构的数据协议体系结构,重点介绍了在应用支持层和链路服务层应用ECSS标准的总线协议设计,并说明了协议的应用情况.应用该国际通用的标准协议,有助于实现国内航天器姿轨控系统内1553B总线数据协议的标准化,进而提升姿轨控系统体系结构的可集成性、可扩展性、以及星载设备(含软件)的通用化.     

基于干扰观测器的惯性动量轮高精度控制

为了提高惯性动量轮的输出力矩精度,针对惯性动量轮存在的内干扰力矩,提出一种基于干扰观测器的扰动抑制策略.通过建立惯性动量轮动力学模型,分析得出目前的惯性动量轮力矩控制不能无差地跟随阶跃力矩指令,进而设计了干扰观测器,并根据估计出的扰动力矩计算得到补偿控制电压.设计控制系统并采用该方法,在惯性动量轮工程样机上进行实验研究.结果表明:采用基于干扰观测器的扰动抑制策略,使惯性动量轮输出力矩精度从0.01 N·m提高到0.002 N·m,转速和力矩响应曲线更平滑.     

太阳空间探测进展与展望

摘要：为了探索太阳空间探测活动的发展方向,在广泛调研太阳空间探测任务的基础上,综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力,选取了10个典型空间太阳探测器,对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析,提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言,太阳探测器运行轨道逐步多样化,有效载荷探测要素更加丰富,探测精度、时空分辨率等显著提升,但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上,提出了太阳空间探测的发展展望,指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。     

天基通信与太空射电望远镜功能一体系统

摘要： 针对现有地基深空通信系统存在深空通信距离不够远、数传速率不够高等缺点,提出一种基于分布式协同控制的天基主动深空通信与太空射电望远镜功能一体系统.该系统部署在地球静止轨道上,由1颗馈源星、1颗中心星和4294颗小卫星（单元星）通过精密编队和在轨自主组装的方式构成,一体化集成天基主动深空通信功能和射电天文望远镜功能.该系统可以为深空探测器提供一个星地高速中转站,由于其部署在地球静止轨道,几乎不受大气云层影响,可以大幅度提升深空探测通信支持距离和数传速率,且能使射电天文望远镜的分辨率和灵敏度提升1~2个数量级.