主从式编队航天器连通性保持与碰撞规避

针对主从式航天器编队过程中存在的通信距离约束、航天器之间的碰撞以及空间干扰等问题,提出一种基于非线性干扰观测器和人工势函数的分布性协同控制方法。当初始通信网络连通时,通过在分布式协同控制器中引入吸引势函数,保证整个编队过程中通信网络始终是连通的。针对主航天器速度仅有部分从航天器直接可知的情况,为每一个从航天器设计分布式的速度观测器估计主航天器的速度,从而实现航天器之间的速度协同。此外,通过在控制器中引入非线性干扰观测器对外界干扰进行观测,显著增强了航天器编队的精度。仿真结果表明,本文提出的分布式协同控制方法不但能够实现对主航天器的速度跟踪以及航天器之间的队形保持,而且能够在编队过程中实现通信网络的连通性保持和航天器之间的碰撞规避。     

一种微型航天器姿态控制系统建模与分析

从航天器微小型化的角度出发，提出了仅利用两个飞轮进行航天器姿态控制的飞轮配置方案。该方案还可以对高速旋转的飞轮所储存的能量进行管理，不需要磁力矩器等额外的卸载装置，从而简化了飞轮姿态控制系统的结构。详细描述了系统的结构和工作原理，推导了航天器姿态控制系统的非线性动力学模型，分析了影响航天器姿态机动性能的主要因素，并通过仿真验证了这种配置方案的有效性。     

地基光学图像中本体-帆板结构航天器姿态估计方法

提出一种利用地基光学图像估计空间目标姿态的方法。针对本体-帆板结构航天器外形结构特点，定义了一种不易遮挡的两轴结构特征，设计了地基光学图像中该特征的提取方法；根据航天器成像过程建立了特征点二三维几何投影方程，实现了航天器三维姿态的解算。利用单站序列图像，可获得航天器姿态变化角速度信息。在轨航天器的试验结果表明，本方法能有效地从地基光学图像估计出航天器姿态。     

使用反射率控制器件的太阳帆卸载策略

对于处于日心轨道的对日定向太阳帆,提出一种使用反射率控制器件(RCD)产生光压力矩的卸载方法。该方法设计了一种RCD状态解算策略,在实现对太阳帆动量轮快速卸载的同时大幅节约了所需的器件切换次数。之后,使用非线性优化算法对反射率控制器件进行了布局优化,进一步提高了使用反射率控制器件的卸载效率。仿真结果表明：提出的解算策略可以用更少的反射率控制器件状态切换次数更快地完成卸载过程;布局优化过程可以指导确定更加合理的反射率控制器件铺设位置,与未进行优化过程相比,能够实现更快卸载。     

航天器用光缆可靠性及寿命验证技术综述

光缆通信由于容量大、重量轻、损耗低等优点,是航天器总线传输的重要发展方向,我国在部分航天器型号中已经尝试采用了光缆通信。文章在介绍航天器用光缆结构及特点的基础上,总结归纳了光缆的主要失效模式,综述了高低温、温度循环、空间辐照以及温度辐照综合环境对光缆可靠性及寿命的影响规律,还介绍了国内外光缆寿命评估的加速模型、加速试验方法,以及典型应用案例,旨在为我国航天器用光缆可靠性及寿命验证技术研究和型号应用提供参考。     

基于数据分发服务的航天器软件通信框架设计

针对航天器软件基于星内路由的进程间通信方式存在的通信过程不灵活,配置繁琐易产生错误,通信功能简单、难以满足复杂通信需要等问题,文章提出了一种基于数据分发服务(Data Distribution Service, DDS)的航天器软件通信框架(Satellite-based DDS,S-DDS),并对S-DDS进行了访真验证。结果表明:该框架实现了灵活便捷的进程间通信过程,无需对通信过程进行繁琐的配置,同时能够满足复杂的通信需要,使软件开发过程更为简单快捷,有效解决了目前航天器进程间通信存在的问题,可为航天器软件进程间实现灵活便捷的通信过程提供参考。     

提高航天器管路总装效率的技术途径研究

介绍航天器管路系统总装的技术难点导致传统的总装模式必须依托航天器整体环境,管路制造过程与总装过程串行,效率较低。现有的CAD/CAM一体化自动弯管技术和模板管路制造技术可在一定程度上解决问题,但均有其局限性。通过管路制造过程前移、复制工艺样管、管路设计制造全过程CAD/CAM一体化的技术途径,可将管路制造过程从航天器总装过程中分离出来独立完成,摆脱对航天器整体环境的依赖,实现管路产品化,大幅度缩短总装周期。     

航天器遥测信息传递通用接口设计

针对国内各航天器研制方与测控中心在遥测信息处理传递过程中面临的设计不统一、结构不规范、处理周期长、交互难度大等问题,采用分层模型的遥测参数处理方案,设计航天器遥测信息传递通用接口。参照空间数据系统咨询委员会(CCSDS)的可扩展标记语言的遥测遥控信息交换(XTCE)标准,实现航天器遥测信息由顶层至底层、从总体结构到单个元素的规范设计。首先,建立通用规范的航天器遥测信息分层表示模型,明确航天器各分系统的分支节点;其次,详细定义航天器遥测元素标记,包括属性、可选属性、下属元素等;最后,实现了遥测信息传递通用接口软件。设计验证结果表明:航天器遥测信息传递通用接口可实现遥测信息从航天器研制方到测控中心的无损传递,提高航天器设计制造、测控管理和应用效能。     

航天器舱门零重力环境模拟卸载系统设计分析

卸载系统是舱门展开试验装备的重要组成部分,重点对展开试验卸载系统进行设计与分析研究。鉴于空间舱门运行轨迹复杂,采用二维滑轨吊挂方法适应曲线展开轨迹。针对质量大、易导致支撑部件变形以及卸载困难,采用多点长距离支撑均匀分散受力。设计柔性自适应弹性吊挂,对运行过程波动进行有效缓冲,避免刚性碰撞。采用高精度数显可读式拉力传感监测系统,实现展开过程拉力在线检测。针对高卸载效率要求,采用二维可调式转接组件适应多状态舱门调平,最后实现卸载率96.31%以上。结果表明,舱门零重力环境模拟卸载系统设计方法可行,分析过程合理,满足工程应用需求。     

航天器地面热实验水平调整测控系统设计

航天器发射以前的地面空间环境试验对于提高航天器的在轨工作的寿命、实现卫星的长寿命、高可靠有着重要的意义。为保证试验过程中真实模拟卫星的空间环境要求,需要研制水平调节系统.该系统建立在工业控集散系统的基础上,系统底层采用以PLC为代表的控制器件,上层采用组态软件,控制策略在组态软件中生成以后在PLC中具体实现。组态软件中实现数据的显示、存储、报警等功能。描述了卫星水平调节系统的构成以及具备的功能,给出了试验过程中的实际控制过程曲线。     

超音速流在正规反射激波系后的参数优化特性

研究了超音速气流中正规反射波加一正激波结构下的参数优化特性，给出了求解这种优化结构的方法，通过计算得到了优化条件存在的区域和优化解的特性，它用可于指导超音速飞行器的进气道及相关装置的设计。     

空间飞行器在视线坐标系中的追逃界栅

针对近地共面圆轨道上的两飞行器追逃问题,应用定性微分对策理论,在双方均为连续小推力假设下,研究了在视线坐标系下对策双方在中立结局上的最优控制策略及中立结局的非线性界栅构造及线性界栅的求解方法。在线性化方法中,首先针对方程中的状态变量作线性化,待最优推力确定后,再对推力变量在确定的终端附近线性化。本文理论推导最终得到了最优推力及线性化界栅表达式,给出线性化界栅与非线性数值逼近解的仿真结果。     

三自由度平面驱动冗余并联机器人的设计空间

机器人机构尺寸综合是一个极其复杂而重要的问题,本文采用空间模型理论将三自由度平面驱动冗余并联机器人机构无限多维的物理尺寸转换为三维而有限的设计空间中,进一步得到了设计空间的平面图,并给出了其应用例。设计空间的建立为研究该机器人性能与尺寸关系及其优化设计奠定了基础。     

双频系统的功率分配和最佳设计方法

双频系统含有双频多普勒测速、数传及遥测三个分系统。本文提出双频组合(随机)测速误差、测速分系统的及整个双频系统的最佳功率分配等概念和公式,最佳设计方法和一个简便迅速的图解法。利用此法可将双频系统发射机耗功降至最小值,或反言之可提高有关分系统的精度。     

基于混合法和多打靶法的有限推力航天器协同交会优化(英文)

有限推力航天器的协同交会问题是一个高维非线性的最优控制问题,传统求解方法难以收敛到最优解或者时间花费巨大。采用混合法和多打靶法构造了有限推力航天器双主动交会的数学模型,讨论了其实现最优控制的必要条件,求解了反平方力场中的最优控制数值解。推进剂总消耗最少和有限推进剂约束下的最短时间交会2种不同的算例表明,这种方法可极大地提高收敛性,快速有效地求解有限推力航天器的协同交会问题。     

空间最优交会

在相对体制下,本文讨论了混合指标下的最优交会问题。除给出了最优交会体制导律的结构形式外,还提供了求解最优交会制导律的参数方程组。该方程具有迭代求解形式,给数字求解带来极大方便。     

PEM水电解技术在航天上的应用现状与发展趋势

介绍了质子交换膜(PEM)水电解技术的特点及其在国内外航天领域的应用现状,在分析空间任务的发展趋势,以及能源、动力、环境控制与生命保障系统需求变化的基础上,认为在未来载人航天任务中,能源、动力、生保物质互用的解决方法是摆脱依赖地面支持、实现自主和可持续保障的最优途径,并指出了PEM水电解技术作为实现这一技术途径的关键环节所面临的挑战。     

Optimum low-thrust limited power transfers between neighbouring elliptic non-equatorial orbits in a non-central gravity field

A complete first-order analytical solution is developed for the problem of optimum low-thrust limited power transfers between neighbouring elliptic non-equatorial orbits in a non-central gravity field. The optimization problem is formulated as a Mayer problem of optimal control with Cartesian elements as state variables. After applying the Pontryagin maximum principle and determining the optimal thrust acceleration, an intrinsic canonical transformation is performed: the Cartesian elements are changed by suitable orbital elements. Hori's method is applied in determining a first-order analytical solution. Simple analytical solutions are obtained explicitly for long-time transfers.     

Acquisition and tracking of laser beams in space communications

A general consideration of the problem of acquisition and tracking of laser beams is given for intersatellite communications. An optimum multi-step system for antenna acquisition and pointing is determined. For the acquisition and pointing stage an equivalent bit rate is introduced. Using this criteria, an approach is derived to compare the acquisition system to the optimum one as well as to the communication channel with regard to the required optical power. The laser tracking system has been also considered. The advantage of a tracking system with two integrators has been shown.     

推广联合滤波算法在卫星组合定姿系统中的应用

研究了不同模型下的推广联合滤波算法。基于信息融合理论和信息守恒原理，提出信息分配是信息融合的逆过程的观点，给出和证明了信息分配定理，为推广联合滤波算法提供了理论基础。以某卫星组合姿态确定系统为例，详细讨论了推广联合滤波的结构及其实现过程。理论分析和数学仿真结果表明：推广联合滤波算法比现有的联合滤波算法计算量小，且推广联合滤波算法能够同时保证全局最优和局部最优，而现有的联合滤波算法不是局部最优。