临近空间高超声速飞行器关键技术及展望

随着各国对提高军队通信、反应和作战能力的需求与日俱增,发展临近空间高超声速 飞行器技术的重要性愈发明显。综述了临近空间高超声速飞行器国内外的发展现状与趋 势,系统全面地分析了发展临近空间高超声速飞行器的关键技术,包括总体设计技术、气动 力和气动热技术、高温长时间热防护技术、高精度GNC技术、有效载荷抛撒技术以及发动机 技术。在此基础上,最后提出了适合我国国情的临近空间高超声速飞行器技术的发展设想。
     

反临近空间高超声速飞行器若干研究进展

为了支撑我国反临近空间高超声速飞行器相关领域的基础研究和工程研制,在分析典型临近空间高超声速目标飞行特性和作战任务剖面的基础上,综述了目标预警探测、轨迹跟踪预测、制导控制方法、拦截攻击策略四个方面的若干研究成果,讨论了每个方面存在的技术难题和可行的解决方案,并建议从天/临/空/地/海体系预警、红外多模复合敏感、可攻击区轨迹预测、直/气复合等先进控制、协同拦截防御等方面给予重点研究。     

临近空间高超声速飞行器RCS特性研究

首次系统地对升力体外形临近空间飞行器雷达散射截面（RCS）特性开展了研究,主要研究内容包括本体及绕流RCS特性研究,亚密湍流尾迹RCS特性研究和层流尾迹的RCS特性研究等。结果显示：等离子体绕流将降低飞行器后向RCS;亚密湍流尾迹对低频段RCS影响明显,对高频段影响不明显。另外,双站雷达对临近空间高超声速飞行器也会有较好的探测效果。     

一种临近空间高超声速飞行器翼舵干扰研究

在临近空间区域内飞行的高超声速飞行器对舵面操纵特性提出了严苛的要求,在高空高速条件下主翼对舵效有严重影响。通过风洞试验对带全动舵升力体的高超声速升阻特性进行了研究,发现由于主翼的遮挡效应,负舵偏比同舵偏值的正舵偏对升力体升阻特性影响更明显。数值模拟结果显示在舵偏角从-20°～20°变化过程中,由于主翼与舵面之间气流干扰造成舵面上下压差变化复杂,-12°～2°舵偏产生抬头铰链力矩,其余正负舵偏均产生低头铰链力矩,主翼后缘上表面的分离线随攻角增加逐渐前移,迎风面高压气流通过翼舵之间缝隙向上发展,使得舵上表面再附线后移,翼舵之间均有明显的横向流动。     

临近空间高超声速飞行器黑障问题研究综述

首先对国内外黑障问题研究历史进行了回顾,然后从等离子体鞘套形成机理和基本特征、电波传播机理及信道特征等方面阐述了高超声速飞行器黑障问题的成因。随后,着重介绍了等离子体流场和电波传播数值模拟方法并分析了方法的适用性。进一步对等离子体地面模拟方法和诊断技术进行了概述,并对国内外地面黑障实验结果进行了详细分析。在此基础上,针对临近空间高超声速飞行器的特点,采用层次分析法(AHP)对现有黑障消除技术进行了评估,给出了目前工程实用方法、近期可能实现的工程实用解以及未来具有应用潜力的消除技术。最后,对黑障问题后续研究方向提出了几点建议。     

临近空间高超声速目标及其防御

介绍了美国临近空间高超声速飞行器的发展历程,分析了临近空间高超飞行器的战略意义和目标特性.根据临近空间高超声速目标对防御系统预警能力时间性、高速机动目标精确探测、拦截弹机动过载和高精度制导控制等要求,阐述了预警探测系统、指挥控制系统和拦截武器系统可采取的措施.     

临近空间高超声速目标跟踪算法研究

针对临近空间高超声速飞行器运动特性,综述了交互多模型算法（IMM）相对单模型算法的优越性。以临近空间飞行器一个机动转弯部分轨迹进行仿真试验,仿真并分析了匀速（CV）、匀加速（CA）、Singer、当前统计（CS）、Jerk模型算法及IMM算法优点及局限性。结果表明,IMM算法跟踪机动目标在机动时稳定性、精度、机动适应性方面优于单模型算法,但存在实时性、模型转换可能性先验确定等问题,并针对这些问题提出可能的解决方法。     

临近空间高超声速目标跟踪动力学模型

针对临近空间滑跃式高超声速目标(NSHV)跟踪问题,提出一种新型的动力学跟踪模型。首先从动力学方程与横纵向机动样式两个方面分析了NSHV运动特性,将其抽象为滑跃式NSHV气动加速度相关性的一般规律;在此基础上将气动加速度中的阻力与爬升加速度建模为二阶时间相关模型,使其加速度自相关函数同时具备周期性与衰减性,并据此建立了动力学跟踪模型状态方程;此外,为应对有无动力段转换的误差突变问题(有动力的情况),引入强跟踪滤波进行突变点的滤波补偿。最后通过与不同现有算法比较验证了模型的优 越性 。     

临近空间高超声速目标点迹处理研究

针对临近空间高超声速目标在雷达数据处理中容易出现目标分裂的问题,通过分析临近空间高超声速目标原始点迹数据特点,提出了一种适合临近空间高超声速目标点迹处理的方法,该方法通过野值剔除、点迹数据归并、点迹凝聚和修正等步骤,实现了目标原始点迹数据一个目标在某一时刻只有一个点迹的要求。仿真结果表明,该方法能够实现对临近空间高超声速目标原始点迹的有效处理。     

混沌码用作测控扩频码的可行性研究

阐述了混沌码的基本特性,提出用混沌码作为测控扩频码的构想,并讨论了混沌码扩频测控体系构成,以及体系中的关键技术,从而论证混沌码扩频测控体制的可行性,研究表明混沌码比传统扩频码有更强的保密和抗多址干扰特性。     

测控中的近地轨道卫星SEL事件分析及操控

针对空间辐射环境影响下近地卫星某器件单粒子锁定（SEL）事件频发现象,在分析卫星轨道根数演变的基础上,详细讨论SEL事件时空分布特征。结果表明,SEL事件的星下点分布具有明显地域特征,其在南大西洋区域、南北两极区域、其他区域的比例接近于3∶2∶1;器件SEL事件平均发生率略高于0.134 d-1,太阳活动较强时的发生率不足0.103 d-1,而太阳活动较弱时则接近0.165 d-1;近日点附近时的发生率达到0.200 d-1,远日点附近时约为0.072 d-1。在测控中,针对SEL事件进行遥控作业自动识别与处理,操控时长平均为130 s。     

星地测控对接手段探析

星地测控对接试验常用的手段有三种：真星产品对接、专用测控模拟器对接、通用测控模拟器对接。文章从静止轨道通信卫星入手,介绍星地对接项目以及这三种对接手段的组成、特点和可对接项目,并通过对这三种对接手段在成本、研制周期、对接真实性等方面的比较分析,给出这三种对接手段所适宜应用场合的结论。     

一种航天测控系统可靠性定量化计算方法

航天测控系统具有动态性、复杂性、可维修性、阶段间相关性等显著特征,作为航天器安全在轨运行的重要保障,其可靠性至关重要。针对航天测控系统可靠性精确计算的难点,提出了综合马尔可夫（Markov）模型和全概率思想的复杂、动态系统可靠性定量化计算方法,给出了计算流程。按照系统的动态组成特性,将任务进程划分为多个阶段,阶段内参试状态不变,不同阶段之间参试状态不同。借鉴Markov模型描述阶段内状态转移过程,通过求解Kolmogorov后向方程得到本阶段结束时的状态概率,利用全概率思想实现阶段间状态映射,体现阶段间的依赖性,依次对各阶段求解获取整个任务可靠性,具有求解准确度高、结果可信度高等特点。最后给出算例,通过与蒙特卡洛仿真结果的比对校验Markov方法的准确性。     

军用飞机无维修待命时间预计分析

针对目前军用飞机无维修待命时间指标尚未开展详细预计的问题,通过对影响无维修待命时间的因素分析,提出非电子产品的非工作失效率外场评估方法,结合电子产品的非工作失效率预计值,对军用飞机的无维修待命时间进行了详细预计,并分析了薄弱环节,提出了相应的设计准则。     

载人航天测控通信系统

在原有卫星测控网的基础上规划设计的载人航天测控通信系统与国际标准接轨，通过国内外的地面测控站和遍布三大洋的四艘远洋测量船保证了地面与飞船的测量控制和通信，实现了多项关键技术突破。它不仅能满足载人航天任务的高可靠、高精度、高覆盖、高速率的需要，还能同时为30颗以上卫星提供测控通信支持，这标志着我国自主发展的航天测控通信技术达到了世界先进水平。     

ETSI卫星测控标准与商业卫星测控体制研究

在研究欧洲电信标准化协会（ETSI）卫星测控系列标准的基础上,针对我国商业卫星测控的现状与特点,对国内商业卫星的测控体制进行初步的探讨和研究,包括调制体制、测量方式、数据帧结构及典型应用场景分析等方面。     

高超声速飞行器热防护结构参数优化及对比分析

高超声速飞行器对结构性能、热防护性能以及结构重量有很高的要求。为了获得最小的结构重量,文章从热防护的角度进行了优化分析:分别选择铝合金和先进复合材料作为蒙皮,在不同的热载荷条件下,对多种热防护结构（TPS）建立一维传热模型,并进行了结构尺寸优化,得到了单位面积TPS的最小重量;分析飞行器再入过程中的温度载荷、再入时间以及蒙皮材料可承受的最高温度对热防护结构最小重量的影响。ANSYS仿真分析结果表明:温度对TPS的单位面积最小重量有显著影响,LI900刚性陶瓷隔热瓦和先进金属蜂窝夹层防热结构有重量优势;采用复合材料蒙皮的TPS可使重量大幅减轻;飞行器再入时间和再入初始温度对刚性陶瓷隔热瓦重量的影响大于对金属盖板式隔热结构。     

预警机对地面雷达的无源侦察定位能力分析

推导给出了预警机电子支援措施(ESM)对目标侦察截获概率和作用距离方程,基于多点测向交叉定位原理;推导了预警机ESM对目标的无源定位公式,给出了目标位置矢量的最小二乘估计及其误差公式.在假设预警机ESM和目标参数的条件下,利用简化的定位模型,对预警机ESM截获和无源定位性能进行了仿真估算,给出了预警机截获性能和定位圆概...     

美军航天装备COTS试验鉴定工作透视及思考

随着航天装备更新换代的速度越来越快,能够显著压缩研发时间与成本的商用货架产品（COTS）在航天装备中的使用率大幅提高,因此如何对COTS开展试验鉴定以保证航天装备的性能和可靠性成为必须考虑的问题。文章从横向范围、纵向深度及存在问题3个维度全面立体地对美军航天装备COTS试验鉴定工作进行阐述分析,在此基础上提出适用于我国开展航天货架产品试验鉴定工作的建议。