Identification and status of design improvements to the NASA Shuttle EMU for International Space Station application

To meet the significant increase in EVA demand to support assembly and operations of the International Space Station (ISS), NASA and industry have improved the current Shuttle Extravehicular Mobility Unit (EMU), or "space suit", configuration to meet the unique and specific requirements of an orbital-based system. The current Shuttle EMU was designed to be maintained and serviced on the ground between frequent Shuttle flights. ISS will require the EMUs to meet increased EVAs out of the Shuttle Orbiter and to remain on orbit for up to 180 days without need for regular return to Earth for scheduled maintenance or refurbishment. Ongoing Shuttle EMU improvements have increased reliability, operational life and performance while minimizing ground and on-orbit maintenance cost and expendable inventory. Modifications to both the anthropomorphic mobility elements of the Space Suit Assembly (SSA) as well as to the Primary Life Support System (PLSS) are identified and discussed. This paper also addresses the status of on-going Shuttle EMU improvements and summarizes the approach for increasing interoperability of the U.S. and Russian space suits to be utilized aboard the ISS.     

伴随卫星在空间站系统中的应用

一、引言建造大型空间站是新世纪各主要空间大国的重要任务之一,然而在技术上却还存在许多尚未解决的新问题等待人们去研究、去解决,其中一个关键性的问题就是空间站伴随卫星技术问题。纵观近30年来空间站技术发展的历史,只有前苏联和美国两个国家先后发射了礼炮系列空间?..     

空间站空间因特网与空间通信链路设计

为改善在空间站长期值守的航天员的业务生活,提出建立空间站网吧,为航天员提供因特网服务的构想。为此分析研究空间站空间因特网服务系统及其关键技术,提出空间站空间因特网服务系统构建方案。结合这一系统构建方案,一是研究解决了支持复杂异构网络运行的空间因特网网络协议设计技术,空间站空间因特网直接采用TCP/IP协议,并通过系统设计,较好地克服了TCP/IP协议不能适应空间通信链路的难题,支持采用基于TCP/IP协议的商用货架(COTS)软、硬件产品,可明显降低空间站空间因特网服务系统建设与维护成本;二是研究解决了涉及空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的空间通信链路设计技术,空间站在同一条空间通信链路同时传输空间因特网数据和空间站测控通信数据,空间通信链路采用CCSDS的AOS协议,并通过建立虚拟的物理信道,解决了空间因特网数据和空间站测控通信数据的安全隔离问题,能满足空间站测控通信网运行安全和空间信息安全的要求。     

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。     

基于稳定度设计的空间站姿态TEA稳定LQR控制器

TEA姿态求解和控制器设计是空间站姿态研究的重要问题。将TEA求解转化为非线性方程组求解,推导了准确的TEA附近线性化的空间站姿态动力学方程,采用LQR的稳定度设计进行空间站的TEA稳定控制器设计。研究表明:采用非线性方程组迭代法求解TEA其求解过程更简单、结果更准确;基于稳定度设计的LQR控制器使系统的闭环极点按要求远离虚轴,因此控制器的稳定性更好。     

即将建成的“宇宙城堡”——国际空间站

经过十多年的建造,世界上投入资金最大、参与国家最多、建造周期最长、技术水平最高、应用范围最广的国际空间站于2011年2月基本建成。它包含13个增压舱,其中8个是用于科学实验和航天员居住,1个为空间站提供初始推进、姿控、通信和储存,4个用于对接。另外,还装有7段桁架结构、4对巨型太阳能电池阵、1个移动服务系统、舱外仪器设     

空间站天地往返运输系统初探

随着中国载人航天工程的首战告捷和 ２１世纪的来临，空间站技术作为航天技术的重要组成部分，其重要性日渐突出。作为空间站大系统工程的一个重要的分系统，天地往返运输系统的主要任务是为空间站运送人员和进行物资补给，在条件许可时也可兼做空间试验。本文主要对空间站大系统的天地往返运输系统进行分析，并提出一套相应的发展策略。讨论时所遵从的一个重要原则是：对天地往返运输系统的研究应与整个空间站大系统的规模相配套，根据空间站的规模及要求来制定发展途径。 １９７１年４月 １９日前苏联发射了礼炮１号空间站。这标志着人类…     

Radiation dose and shielding for the Space Station

Significant differences in dose prediction for Space Station arise depending on whether or not the magnetic field model is extrapolated into the future. The basis for these calculations is examined in detail, and the importance of the residual atmospheric layer at altitudes below 1000 km, with respect to radiation attenuation is emphasized. Dosimetry results from Shuttle flights are presented and compared with the computed results. It is recommended that, at this stage, no extrapolation of the magnetic field into the future be included in the calculations. A model adjustment, to replace this arbitrary procedure is presented. Dose predictions indicate that, at altitudes below 500 km and at low inclination, and with nominal module wall thickness (0.125 in. aluminum), orbit stay times of 90 days in Space Station would result in quarterly radiation doses to the crew, which are well within present limits both for males and females. Countermeasures would be required for stay times of a year or more and the measure of increasing shielding is examined.     

中国载人空间站正立项审批

中国工程院院士、中国载人航天工程原总设计师王永志9月21日透露,根据“三步走”战略规划．中国载人航天工程目前进入第二步第一阶段,已成功实施神舟六号多人多天飞行试验和神舟七号出舱活动飞行试验,紧接着要开展的空间交会对接试验即将迈人正样研制阶段。中国载人空间站等后续工程的实施方案正在立项审批过程中。     

Space Station habitability research.

The purpose and scope of the Habitability Research Group within the Space Human Factors Office at the NASA/Ames Research Center is described. Both near-term and long-term research objectives in the space human factors program pertaining to the U.S. manned Space Station are introduced. The concept of habitability and its relevancy to the U.S. space program is defined within a historical context. The relationship of habitability research to the optimization of environmental and operational determinants of productivity is discussed. Ongoing habitability research efforts pertaining to living and working on the Space Station are described.     

国际空间站信息系统方案

为了支持在轨系统和有效载荷的操作 ,由硬件和软件组成的空间站信息系统为处理器、工作站、大容量存储单元以及设备接口提供了一个高速、宽带网络。这种结构的关键点是 :1开放式的并且是非专用的 ,避免传统设计方法的浪费。 2结构化和标准化 ,支持组装、增长性和技术性插入。 3采用标准的与用户隔离的硬件和软件接口组成 ,使用户避免了系统的复杂性 ,并且简化了集成 ,缩短了设计周期 ,压缩了研制和维护费用。文中对国际空间站信息管理系统的结构、初期设计、接口和向用户提供的服务做了概要性叙述     

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。     

空间站智能自主控制

首先分析了空间站及其运动控制系统的任务及特点，指出开展空间站智能自主控制研究是系统任务复杂性及不确定性的必然要求，已经迫在眉睫。然后介绍了一种新的智能控制方法——即基于全系数特征模型描述的智能控制方法，这是实现空间站智能自主控制的重要理论基础。最后提出空间站智能自主控制系统的结构组成。     

Physical sciences research plans for the International Space Station

The restructuring of the research capabilities of the International Space Station has forced a reassessment of the Physical Sciences research plans and a re-targeting of the major scientific thrusts. The combination of already selected peer-reviewed flight investigations with the initiation of new research and technology programs will allow the maximization of the ISS scientific and technological potential. Fundamental and applied research will use a combination of ISS-based facilities, ground-based activities, and other experimental platforms to address issues impacting fundamental knowledge, industrial and medical applications on Earth, and the technology required for human space exploration. The current flight investigation research plan shows a large number of principal investigators selected to use the remaining planned research facilities.     

载人航天器与空间站共轨飞行轨道维持策略

针对载人航天任务中面临的与空间站保持长期共轨飞行的轨道问题,分析了航天器在地球扁率J_2项摄动以及大气阻力摄动作用下,长期共轨飞行航天器半长轴、相位和升交点赤经的变化特性,并设计了仅通过面内调整同时实现面内和面外调整的共轨维持的控制策略。通过仿真算例验证了控制策略的有效性,轨道维持的燃料消耗合理。可为我国载人航天器与空间站共轨方案设计提供参考。     

国际空间站上使用的两种计算机

欧空局为国际空间站研制了两个新型的计算机 :容错计算机 ( FTC)和标准有效载荷计算机 ( SPLC) ,它们可以满足空间站对计算机的需要 ,可以方便地构成各分种布式数据管理结构。文中介绍这两种不同类型的计算机设计     

俄罗斯空间站推进剂补加程序分析

补加程序是推进剂补加系统的关键技术之一,而目前也仅有俄罗斯有成功应用的经验.根据目前获取的资料,经过计算、仿真和论证,对俄罗斯空间站的补加系统进行了研究,分析了ATV对空间站进行推进剂补加的程序,初步得到了俄罗斯空间站推进剂补加的特点,可作为目前我国空间站方案论证期间补加程序的参考.     

载人空间站空间科学应用研究

对苏/俄“礼炮号”系列空间实验室/空间站、和平号空间站、美国天空实验室、欧洲空间实验室和国际空间站上开展的空间科学应用情况进行了论述和分析,并重点对空间科学应用实验设备所需的安装空间资源进行了详细分析。同时结合我国科学发展需求,借鉴国外空间站空间科学应用开展情况,提出了将来我国空间站开展空间科学应用应优先发展的方向和需要解决的问题,并给出了我国空间站实验支持结构设计的建议。     

Space Station atmospheric monitoring systems.

A technology assessment study on atmospheric monitoring systems was performed by Battelle Columbus Division for the National Aeronautics and Space Administration's John F. Kennedy Space Center under Contract No. NAS 10-11033. In this assessment, the objective was to identify, analyze, and recommend systems to sample and measure Space Station atmospheric contaminants and identify where additional research and technology advancements were required. To achieve this objective, it was necessary to define atmospheric monitoring requirements and to assess the state of the art and advanced technology and systems for technical and operational compatibility with monitoring goals. Three technical tasks were defined to support these needs: Definition of Monitoring Requirements, Assessment of Sampling and Analytical Technology, and Technology Screening and Recommendations. Based on the analysis, the principal candidates recommended for development at the Space Station's initial operational capability were: (1) long-path Fourier transform infrared for rapid detection of high-risk contamination incidences, and (2) gas chromatography/mass spectrometry utilizing mass selective detection (or ion-trap) technologies for detailed monitoring of extended crew exposure to low level (ppbv) contamination. The development of a gas chromatography/mass spectrometry/matrix isolation-Fourier transform infrared system was recommended as part of the long range program of upgrading Space Station trace-contaminant monitoring needs.