航天器飞行控制仿真与平行系统

总结并分析了目前国内外航天器飞行控制仿真与平行技术的发展现状和任务需求,针对中国当前飞控仿真与平行系统的通用化和标准化不足的情况,提出了一种可组装的飞控仿真与平行系统的定义和系统架构,阐述了仿真与验证、决策与支持两个部分的设计方案,并通过嫦娥五号的飞控工作进行了检验,验证了系统的有效性。最后展望了未来航天器飞行控制仿真与平行技术的发展方向。     

航天器软件质量度量模型研究与应用

针对当前缺少通用的航天器软件产品质量度量方法、现有的方法难以表征和量化度量软件产品研制全过程的质量结果、难以根据质量度量结果开展针对性质量提升的问题,提出了一套通用的航天器软件产品研制过程质量度量模型.此模型对软件研制过程质量要素9项要求和28条子要求进行了质量定义,设置了质量度量评分标准,基于评分结果可对软件产品开展针对性的质量提升工作.该模型首次应用于嫦娥五号探测器软件产品研制,有效地支撑了嫦娥五号任务的圆满成功,对于航天器型号软件产品研制过程具有参考价值和借鉴意义.     

嫦娥三号，你还知多少？

问：与嫦娥一号、二号相比,嫦娥三号任务有哪些特色或创新？ 答：嫦娥三号任务有8大创新点：第一,首次实现中国航天器在地外天体软着陆;第二,首次实现中国航天器在地外天体巡视勘察;第三,首次实现对月面探测器的遥操作;第四,突破多窗口、窄宽度发射和高精度入轨技术;第五,首次研制中国大型深空站,初步建成深空测控通信网;     

一种航天器软件进程堆栈使用深度的动态检测方法

航天器软件进程堆栈溢出往往会导致软件"跑飞"的后果。文章分析了现有堆栈使用深度检测的静态测试方法和动态测试方法的优点和不足,针对航天器数管软件的特点,提出了一种适用于航天器数管软件进程堆栈使用深度的动态检测方法。通过访问应用软件与系统软件的接口,获得进程堆栈的起始地址和大小等信息,将堆栈区初始化为特定标识,对软件执行最大路径测试后,扫描堆栈区特定标识被覆盖情况,获得进程堆栈的使用深度。在嫦娥五号上升器数管软件中,实现了此方法,并通过上注在轨维护指令进行了测试。结果表明:在不借助任何专业检测软件的情况下,该方法能够实时检测出软件进程堆栈的最大使用深度,以利于避免进程堆栈溢出的风险,提高软件的可靠性。     

空间站机械臂任务规划方法

任务规划技术是航天任务执行过程中的核心关键技术,针对空间站机械臂的外自主行为受限、行为多样、分支众多,存在多类型约束以及多资源条件限制等特点,对空间站机械臂任务规划方法进行研究。对任务需求进行分析形成月事件,地面工程师给出将任务分解为子任务的建议,将月事件分解为具有逻辑关系的飞控事件,飞控事件集合描述了航天器不同的行为及不同模式下的行为,每一个模式下的飞控事件由控制动作或控制动作序列构成,建立了分层规划对象模型。同时,构建状态空间集合描述时变的器上状态和状态值,在飞控事件层和控制动作序列层建立状态推理模型。采用多约束逻辑表达式对联合约束进行描述,将运动飞控事件进行归一化设计。在时间的调度和资源条件限制下在规划器中进行迭代求解,生成地面控制动作序列,实现任务目标并用于任务实施。在空间站机械臂在轨任务中验证了该方法的正确性和高效性。     

“嫦娥”四号探测器任务概貌

<正>一前言在人类60年的月球探测历程中,完成了对月球的遥感、着陆、巡视、取样返回等多种形式的探测,获得了大量对月球的科学认识。但在"嫦娥"四号之前,还没有人类的航天器踏上月球背面荒芜的土地进行科学探测。"嫦娥"四号任务是我国探月工程又一里程碑式的任务。该探测器在2019年1月3日上午,实现了人类的航天器首次软着陆月球背     

贺电

<正>探月工程"嫦娥"四号任务指挥部并参加探月工程"嫦娥"四号任务的全体同志:在探月工程"嫦娥"四号任务取得圆满成功之际,中共中央、国务院、中央军委向参加这次任务的全体科技工作者、干部职工、解放军指战员,表示热烈祝贺和亲切慰问!"嫦娥"四号任务是我国探月工程四期的首次任务,在人类历史上首次实现了航天器在月球背面软着陆和巡视勘察,首次实现了月球背面同地球的中继通信,并与多个国家和国际     

一种高可靠模块化的航天器通用接口单元设计

以综合电子系统的层次化设计模型为基础,提出并实现了一种基于模块化可伸缩的高可靠航天器通用接口单元设计.该设计以标准通用硬件模块、ASIC芯片、层次化总线体结构作为技术支撑,既可实现面向多种平台与载荷航天器的多任务接口适应性,也可实现数据接口单元内部模块资源的交叉重组与系统重构.该航天器通用接口单元已在多个航天器综合电子...     

一种基于数字空间的空间站任务飞控事件规划方法

针对空间站任务飞控事件规划问题,结合资源约束、飞控事件需求数据维度高、事件间互相影响等特点,提出一种基于数字空间的飞控事件规划方法,将飞控事件规划问题转化为数字模型构建、数值计算及飞控事件时序设计问题。结合空间站应用实例,给出了飞控事件规划流程和规划结果分析,验证了方法的有效性,为空间站任务飞控事件规划问题提供了新思路。     

基于四元数的航天器间相对姿态光学测量方法研究

提出了一种微型航天器间基于四元数的相对状态光学测量方法.首先介绍了测量系统结构,然后分析了利用四元数法解算航天器相对姿态的解算过程,最后通过仿真实验和实测试验验证了方法的正确性、实用性及可行性.该测量方法可直接用于航天器编队飞行及空间站交会对接过程、空间监视、目标拦截等应用领域中航天器间相对姿态测量.     

航天器电测中软件测试用例设计与实践

提出了在航天器电测中,以电测大纲和软件用户需求为依据,使用软件测试设计理论创建测试用例库,在此基础上完成了软件测试及实现方法。文章简介了应用背景,以某卫星为例,介绍了该方法应用到某卫星数管及热控软件测试的情况,并采用测试技术进行测试用例设计,最终生成航天器电测中软件测试用例库。此方法可以作为航天器AIT阶段软件测试设计的参考。     

从测控系统到数据系统

阐明了航天器数管系统与测控系统的关系 ,以及它们发展到数据系统的趋势。同时提出了数据系统的基本技术要素和实现数据系统的若干关键技术。     

A novel autonomous low-cost on-board data handling architecture for a pin-point planetary lander

There has been increased interest in the exploration of the Moon in recent years. Pin-point precision landing is highly desirable for future lunar missions. This paper is concerned with the design of the on-board data handling (OBDH) subsystem for the pin-point lunar lander of the Magnolia-1 project, funded by NASA. Four proposed on-board data handling architectures are outlined and compared in terms of power consumption, performance and reliability. Implementation results are presented, which are obtained from prototyping of the flight computer for the optimal OBDH architecture option on a Xilinx Virtex-5 Field Programmable Gate Array.     

基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

控制受限的编队航天器鲁棒自适应控制

研究了考虑控制受限的编队航天器鲁棒自适应轨道跟踪控制问题。针对航天器编队飞行系统中控制受限、外部扰动和模型不确定性的情况,利用反步控制方法和指令滤波设计提出了一种鲁棒自适应控制策略。指令滤波器用于补偿控制受限对于控制器的影响,同时设计了自适应律对未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。和滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。仿真结果表明所设计的控制器既能实现高精度的编队飞行跟踪控制,又能保证控制受限的要求。     

航天器数字化模拟及应用技术

通过国内外航天器数字化模拟技术的现状调研,从仿真框架、建模表达、求解计算、交互与可视化以及大数据等几个方面,综述了航天器数字化模拟所涉及的关键技术,并深入分析了相关技术在系统设计、开发与验证、飞行演练、控制与决策支持、体系仿真与效能评估等领域的应用。在此基础上,面向未来日益复杂的航天任务需求,提出了发展通用化框架、高可信建模、标准化工具和智能化应用的建议,从而加速推进航天器研制数字化、智能化的发展进程。     

基于Orbiter的航天器升力式再入特性仿真

升力式再入是指航天器进入大气层时产生一定可控升力,对提高落点精度具有重要意义。为了研究升力式再入的动力学特性,采用Orbiter模拟器的应用程序接口,在其飞行动力学模型基础上,对航天器从低轨道升力式再入返回过程进行仿真。通过仿真试验,分析热流、过载、动压等参数的变化规律,初步摸清了升力式再入的动力学特性,并对升力式再入和弹道式再入仿真结果参数进行了比较和分析,结果表明升力式再入能很好解决过载和热流峰值高的问题。     

“天宫一号”目标飞行器系统级自主安全设计

为确保载人飞行器在长期飞行中的设备安全以及短期飞行中航天员的安全,需要从系统层面进行自主安全设计,使航天器在出现地面无法快速反应的故障时能够启动安全模式进行自我保护。文章以能源安全设计为主对“天宫一号”目标飞行器系统级自主安全设计进行了论述,总结了设计经验,对后续型号的设计提出了建议。     

Guidance of a spacecraft with low lift-to-drag ratio to a landing point

The problem of terminal control over a deorbiting spacecraft at the stage of its flight after leaving plasma (altitude of ∼40 km) is considered, the aim being to guide it to a preset landing point. The algorithm is based on a modification of the well-known method of proportional navigation, when a fixed point is the target. It is suggested to use satellite navigation systems (of the GLONASS or GPS types) and/or radio beacons, which should allow one to determine the spacecraft trajectory parameters with high precision. Single-channel control is performed by changing the roll angle according to current parameters of the trajectory, which ensures adaptability of the method. Examples of three-dimensional trajectories of flight are presented for a manned spacecraft with low lift-to-drag ratio (∼0.5), currently under design in Russia. The results of statistical modeling taking into account initial deviations of the trajectory parameters and wind disturbances are presented. A method of statistical choice of a reference trajectory for the guidance stage is suggested. A theoretical possibility of using the algorithm of spacecraft guidance (in case of in-light accident with a carrier launcher) to preset regions in the vicinity of launching route is demonstrated. A qualitative analysis of proportional navigation with a fixed target is presented.     

Optimization of Flights between the Orbits of Artificial Satellites of Two Planets Using a Combination of High and Low Thrusts

The problem of optimization of the trajectory of an interplanetary flight of a multistaged spacecraft using jet engines with high and low thrust is considered. The issues concerning the problem of choosing the main design parameters of a multistage spacecraft are touched upon. A mathematical model of start-to-finish optimization of all segments of the interplanetary flight trajectory is proposed. Using this model the specific features of flights to the orbits of satellites of Jupiter and Mars are studied.