航天器热设计中的系统性和鲁棒性

从航天器系统设计最优的角度,讨论了热设计应关注的几个问题:系统最优而非分系统指标最优的热设计原则,合理并充分利用航天器资源的热管理思路,解决航天器研制问题的热设计最小重构手段,适应航天器在轨意外故障的鲁棒性热设计方法。提出了现阶段航天器热设计应适当增加主动热控比例的设计原则;结合卫星应用实例,给出了充分利用电加热这种简单可靠的主动热控手段,来提高热设计鲁棒性,从而提升热设计系统性的方案和流程。     

基于IGRF地磁场模型的航天器地磁干扰力矩数值仿真

航天器长期在轨运行期间,空间磁场与其自身磁矩相互作用的累积,会对航天器的姿态造成较大影响,加重姿态控制系统负担,降低航天器的可靠性。文章分别针对航天器轨道计算及地磁场模型的使用,对航天器地磁干扰力矩数值的仿真进行了系统的研究,最终得到航天器在轨运行时地磁干扰力矩计算仿真方法。     

脉冲等离子体源控制航天器表面充电电位的研究

在空间环境运行的航天器存在表面充电现象,而航天器表面充电引发的静电放电是导致航天器异常及故障的重要原因之一。因此,在航天器设计和应用中,必须对航天器表面电位采取必要的控制和防护措施。文章介绍了用脉冲等离子体源进行航天器表面充电电位主动控制的研究。通过模拟实验和实验数据分析,证实了用脉冲等离子体源能有效地控制航天器表面充...     

航天器AIT模型与试验有效性评估方法

在航天器的研制过程中,根据试验验证要求,需要研制各阶段AIT模型并进行大量各类试验。ESA从1999年开始研究航天器AIT模型和试验有效性评估方法,并开发了MATED应用软件,从2006年开始投入其航天器研制的应用,成效非常明显,降低了航天器AIT成本、加快了研制进度,而且确保航天器的在轨可靠性。文章对ESA的航天器AIT模型和试验有效性评估方法及其应用作跟踪研究,并就我国航天器AIT工作提出开展模型和试验有效性研究的建议。     

航天器多脉冲悬停控制的非线性方法

为解决连续推力空间悬停控制技术对航天器控制推进系统要求较高、工程上难于实现的问题,提出基于Clohessy-Wiltshire方程的多脉冲悬停控制方法。以轨道要素外推的飞行状态非线性预测方法和脉冲悬停控制量优化算法,对悬停脉冲进行了优化,可以实现主动航天器在目标航天器附近任意点的近似稳定悬停。给出的多脉冲悬停控制方法及控制量非线性优化算法考虑了地球非球形引力摄动J2项影响,补偿了Clohessy-Wiltshire方程的线性化误差,能有效提高悬停精度。仿真结果表明,多脉冲悬停控制方法的燃料消耗与连续推力悬停方法相比没有明显增加,不会对主动航天器带来过大的燃料消耗压力。     

航天器总装可靠性研究

文章针对航天器总装过程的特点,提出了航天器总装的可靠性评估理论.首先,提出了航天器总装可靠性的概念,然后对航天器的总装过程进行了建模分析,阐述了航天器总装的可靠度分配原理以及总装FMEA评估方法,从而初步建立了一套适应航天器总装的可靠性理论,以此有效的控制航天器的总装质量,查找出总装过程中的潜在故障失效模式,从而达到提高航天器总装质量和效率的目的.     

基于感应耦合式无线能量传输的 微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。     

重复使用航天器发展趋势及若干思考

重复使用航天器具有快速、低成本的特性,是自由进出空间的重要技术途径之一。自从２0世纪50年代重复使用航天器的概念被提出以来,历经７０多年,重复使用航天器的研制取得了很大的进步,积累了丰富的经验和教训。基于国内外发展情况,梳理了重复使用航天器的技术路线,深入分析了其发展趋势,从设计、制造、试验、运行维护4个方面探讨了重复使用航天器的特点和难点,并提出了未来重复使用航天器发展的若干思考与建议。     

空间磁环境模拟技术

空间磁环境模拟技术是航天器环境工程的重要组成部分,随着航天器研制水平的提高而逐步发展壮大,并已经服务于我国航天器的研制工作。文章重点介绍了磁环境模拟设备研制技术、磁试验技术和航天器磁洁净技术的发展历程。     

设备外形与布局优化的关系

目前国内航天器研制中,各分系统单机设备结构外形、机械接口等很大程度上制约了航天器整体的总装布局优化工作,产生了大量附属的总装直属件,这不仅引起整个航天器重量的增加,而且给后续的电缆和管路走向优化设计造成障碍。文章通过借鉴“联盟号”飞船设计思路,提出了以赋形设计减少总装直属件的数量布局优化设计方法。     

我国航天器带电技术研究进展

航天器与空间带电粒子环境相互作用引起的带电现象是其在轨发生故障和异常的重要因素。近年来,随着航天器性能的提升和技术发展,航天器带电技术研究的范围也大大扩展。文章简要回顾了我国航天器带电技术发展的历史,并从理论研究、地面模拟试验、数值模拟和带电防护等方面介绍国内航天器带电技术研究的进展。     

近地轨道大型航天器的环境充电

许多空间实验和电子计算机预测已经揭示，在极光电子环境中大型航天器的充电电位会高达６０００－－７０００Ｖ。对采用大功率太阳阵的航天器而言，其相对于空间等离子体的悬浮电位将因太阳阵工作电压的提高而增加。例如表面材料因遭受离子轰击和电弧放电而老化、剥蚀、由于材料再沉积而使表面污染增加以及航天器电子系统因静电放电而受到严重的干扰和破坏等。因而对载人航天和长寿命空间站而言，解决航天器带电问题不可等闲视之。对     

The Use of Quaternions in the Optimal Control Problems of Motion of the Center of Mass of a Spacecraft in a Newtonian Gravitational Field: II

The problem of a rendezvous in the central Newtonian gravitational field is considered for a controlled spacecraft and an uncontrollable spacecraft moving along an elliptic Keplerian orbit. For solving the problem, two variants of the equations of motion for the spacecraft center of mass are used, written in rotating coordinate systems and using quaternion variables to describe the orientations of these coordinate systems. In the first variant of the equations of motion a quaternion variable characterizes the orientation of an instantaneous orbit of the spacecraft and the spacecraft location in the orbit, while in the second variant it characterizes the orientation of the plane of the spacecraft instantaneous orbit and the location of a generalized pericenter in the orbit. The quaternion variable used in the second variant of the equations of motion is a quaternion osculating element of the spacecraft orbit. The problem of a rendezvous of two spacecraft is formulated as a problem of optimal control by the motion of the center of mass of a controlled spacecraft with a movable right end of the trajectory, and it is solved on the basis of Pontryagin's maximum principle.     

真空环境下航天器电缆温升模型试验研究

航天器电缆温度过高会造成电缆的损毁,影响整星供电安全。文章中设计并进行了真空环境下电缆温升试验。参考电缆的辐射温升公式对试验数据进行了分析,并采用最小二乘法对试验数据进行辨识得到了电缆温升模型。仿真表明模型预计电缆温度与试验温度相差较小,可应用于航天器电缆网的优化设计、航天器在轨负载平衡以及航天器功率电缆的反时限保护。     

试论航天器环境可靠性试验

文章从航天器特点、航天器试验的目的和重要性、一般武器装备的可靠性试验状况以及可靠性试验的发展史出发进行分析,从而得出了可靠性是航天器试验的目的、环境是航天器试验的手段的结论.从这个意义上讲,称航天器的研制试验、鉴定试验、验收试验、发射前的合格认证和运行试验的试验项目和要求与各类组件级设备、各分系统、系统级组成的试验矩阵为航天器环境可靠性试验矩阵.每一项试验都是航天器环境可靠性试验的不可或缺的组成部分;减少试验类别或项目、或降低要求,虽然可以得到减少经费、缩短研制周期的好处,但势必要冒失效或性能降低的风险而付出应有的代价.     

有扰情况下欠驱动刚性航天器旋转轴稳定研究

研究欠驱动刚性航天器受到正弦干扰力矩作用时的旋转轴指向稳定控制问题。采用欧拉-泊松形式描述航天器的运动方程,然后分别针对轴对称情况和非轴对称情况设计控制律,并结合Lyapunov直接法和LaSalle不变性定理证明控制律的全局渐近稳定性。理论分析和仿真结果都表明新的控制律能够实现旋转轴指向全局渐近稳定。     

一种基于一致性理论的航天器编队飞行协同控制方法

为提高航天器编队飞行控制的协同性,研究了基于一致性理论的航天器编 队飞行协同控制方法。首先,讨论了航天器编队飞行中的一致性问题;其次,建立了航天器 编队飞行六自由度动力学模型;然后,应用一致性理论设计了非线性控制律,通过仿真验证 了控制方法有效,并且可以适用于动态的航天器编队飞行通信拓扑结构。
     

载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动学特性研究

针对载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人的运动学问题,引入具有非完整特性的载体 姿态无扰约束方程,推导了载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵。采用等效 杆的概念,分析了普通状态的自由漂浮空间机器人和载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人可 达工作空间;基于载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵所得到的奇异方程, 研究了载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人动力学奇异性。仿真结果验证了普通状态的自由 漂浮空间机器人与载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动学问题的差异性。研究结果为载 体姿态无扰的自由漂浮空间机器人运动规划及控制研究奠定了理论基础。
     

航天器可靠性与空间特殊环境试验

文章论述了环境试验对航天器可靠性的重要作用,重点介绍了原子氧、空间辐照粒子、等离子体与带电、空间碎片等特殊环境及其效应对航天器寿命及可靠性的影响,并对开展航天器长寿命、高可靠环境试验技术研究提出一些建议。     

面向一体化测试与运管的航天器指令技术研究

现有的航天器测试与运管程序通过word文档采用自然语言的方式进行描述,需要人工录入、集成、整合和校验,既浪费人力、时间,又容易因人为原因出错,不利于测试与运管程序在多用户间的快速交互,且存在安全隐患。针对该问题,借鉴NASA及ESA的PLEXIL、PLUTO、Timeliner-TLX、SCL等航天器指令设计经验,研究了面向航天器地面测试与在轨运管的航天器指令技术,该指令架构具备层次化、模块化、抽象化等高级程序特点,且具备对航天器进行工作过程监测与异常状态处置能力,便于航天器测试与运管程序的人机交互、数字化设计、交换共享与解译执行,可作为国内航天器测试与运管程序一体化设计的技术参考。