载人登月任务人-机系统安全性分析及对策研究

载人登月任务中,航天员、航天器以及内外部环境构成了典型的人-机系统。运用安全性分析方法,以载人登月任务为对象,基于事件树+故障树方法构建安全性分析模型,对导致载人登月任务失败的潜在原因进行分析,并从载人登月任务的人、机、环境等方面提出相应的安全性控制对策措施,提出的安全性建模和影响因素分析方法,可为我国载人登月任务安全性建模和分析提供借鉴。     

载人月球软着陆任务紧急中止轨道分析与设计

针对载人月球软着陆进程中,由载人飞船发动机失效引起的任务中止问题,首先分析主发动机失效可能引起的撞月轨道、环绕轨道、逃逸轨道等轨道类型及其特点;然后分析了中止任务执行的前提条件及中止过程的导航制导要求,在此基础上,考虑二体模型,提出普适的共面软着陆中止轨道计算方法;最后,在考虑登月飞船生保系统时间限制条件下,给出下降级主发动机失效情况下,撞月轨道的中止仿真算例。仿真结果表明,该方法可以实现登月飞船软着陆制动故障情形下的任务中止,能够确保飞船安全返回环月轨道。     

载人登月的航天医学工程问题

载人登月与近地轨道载人飞行相比,将会遇到许多新的医学、心理学、工效学、登月服技术等医学工程问题。研究和解决这些问题是航天医学工程发展的重要任务。结合美、俄载人登月和月球居留的研究情况,重点分析载人登月与月面舱外活动中人的工作能力、压力制度选择、乘组组成、航天员选拔训练、航天员医监医保、心理健康维护、营养食品保障、环境医学和工效学、登月服技术等医学工程问题及解决思路,提出下一步研究的方向和重点。     

基于模型的载人登月飞船系统设计应用探讨

针对载人航天任务设计难度大幅增大和技术状态倍增的问题,采用基于模型的系统工程方法对载人登月飞船系统进行正向设计和应用研究.首先,按照基于模型的系统工程设计思路,从利益相关方和核心业务目标出发,逐项分解出任务需求;通过功能分析对问题域的功能点进行定义,形成系统需求;根据系统需求和飞行器通用功能将功能要求落实到系统组成和内...     

登月软着陆过程多约束最优制导律研究

为使登月舱软着陆过程安全可靠,须对其飞行轨迹进行多种约束规划与制导。在满足登月舱姿态约束的基础上进行最优制导律推导;考虑到飞行过程中的多种约束,引入航点优化算法,将飞行过程中的轨迹多约束转换为航点约束,并以指令加速度变化平稳为优化指标,将轨迹优化问题转换为二次规划问题,实现多约束下最优制导。仿真结果表明该方法能在加速度变化最小的情况下满足多种飞行轨迹约束要求,落点精度满足要求,实现登月舱安全软着陆。     

基于地月L1点的载人登月飞行方案分析

为解决传统载人登月方案中重型运载火箭难以研制、交会对接窗口选择困难等问题,提出了符合我国现有技术条件的基于地月L1点的载人登月方案设想。基于对圆形限制性三体模型和地月三,点特性的分析,将载人登月任务划分为不同的飞行阶段,研究了载人登月任务的规模、系统组成以及各舱段的质量分配等。通过与基于环月轨道方案各参数的分析和对比,提出通过付出较小代价将基于环月轨道的载人登月方案转化为基于地月,L1点的载人登月方案的方法。结果分析表明,经方案转化,不但能充分发挥地月L1点的优势,而且在一定条件下可以使节省燃料成为可能。     

基于Ansys的载人登月跳跃式返回过程中人体胸部骨骼系统损伤分析

针对载人航天器月地返回再入过程对航天员造成损伤的问题,采用有限元方法开展探月飞船跳跃式返回过程中航天员胸部骨骼系统的生物力学仿真分析,对该过程中人体胸部骨骼及软组织可能受到的损伤做出预测.基于CT图像对人体胸部骨骼、韧带和椎间盘建立有限元模型,通过肋骨侧弯和胸部撞击实验验证了模型准确性,并在Ansys中计算各骨骼及软组...     

基于Modelica的载人航天器多学科集成建模仿真

针对目前载人航天器系统仿真验证多局限于单一专业层面而系统性不强的问题,基于统一建模语言Modelica,首先建立了各专业设备模型,然后将设备模型进行组装,构建了多学科集成的系统模型。利用该系统模型对航天器系统方案的仿真结果表明:模型有效;统一采用Modelica语言建模,所有模型基于同一套方程系统求解,可避免异构模型参数传递带来的精度损失;以设备为最小粒度构建系统模型,可保证系统模型架构与航天器真实物理架构的一致性。     

基于试飞任务单的轨迹仿真问题研究

阐述了基于试飞任务单的试飞轨迹仿真生成软件系统在辅助试飞管理中的重要作用,对该软件开发中所涉及到的一些新的问题和方法进行了研究。建立了带电传操纵系统飞机的数学模型,并针对试飞轨迹仿真生成中的逆问题,提出了一种基准控制带反馈调节的方法。简要介绍了轨迹仿真生成软件与任务单管理数据库软件的接口设计,对仿真结果进行了动态显示处理。     

基于人工免疫算法的载人登月任务地月转移双脉冲中止策略研究彭 坤,果琳丽,向开恒,王 平,杨 雷

载人登月任务中,任务中止策略设计是确保航天员安全返回的重要基础。首先结合"星座"计划飞行方案分析了载人登月任务各飞行阶段的中止策略;其次针对地月转移巡航段进行了双脉冲中止策略设计,以速度增量数值、方位角以及变轨时间间隔为控制变量,加入轨道同向、近地点高度、偏心率以及飞行时间约束,提出双脉冲变轨计算流程;最后采用人工免疫算法对该问题进行了求解和优化。仿真算例表明,双脉冲中止策略存在多组解,其全局分布特性为:飞行时间越短速度增量需求越大;飞行时间相近时,大偏心率中止轨道对应的速度增量小;故障点离地月加速点越近,所需速度增量越小。同时也验证了人工免疫算法求解双脉冲中止策略问题的有效性。     

神舟载人飞船流体回路动态仿真研究

以神舟载人飞船流体回路为物理模型,分析了各个部件的工作原理、流动和传热特性,建立起辐射器、泵、阀门、补偿器、冷板和换热器的部件模型。在此基础上建立了流体回路模型,并引入实际控制策略。模型的仿真数据与航天器热平衡试验数据进行对比,结果表明,模型对流体回路各点的温度、压力、系统的流量分配和液体体积变化的补偿都能较好的进行动态模拟,并能够模拟系统控制策略的动态执行情况,可用于流体回路系统控制算法和策略的优化分析。     

载人深空探测被动屏蔽优化仿真研究

深空环境下高能银河宇宙射线与防护材料间产生了复杂多样的次级粒子,使得航天员辐射损伤效应和防护问题突出。运用Geant4蒙特卡罗仿真工具,计算了1000 MeV·n~(-1)的铁离子与铝或聚乙烯相互作用后,产生次级碎片粒子分布规律;分析了银河宇宙射线经过不同材料屏蔽体后,其碎片及次级中子对人体剂量当量的贡献随屏蔽厚度变化规律;依据该规律优化设计质量密度为20 g/cm~2聚乙烯掺杂比为15%硼的复合材料,得到的仿真设计复合材料成分比例可为载人航天被动屏蔽材料制备提供依据。     

基于Windows平台的嵌入式仿真适配技术研究

嵌入式操作系统因其强大的实时性能而被广泛采用,特别是在需要实时通信和任务处理的大型系统中。然而嵌入式操作系统的高价格和不友好的用户界面限制了应用范围。作为一种发展趋势,在通用桌面操作系统(如Windows和Linux)上构建实时应用程序、充分利用其友好的图形用户界面、具备良好的多任务处理性能和出色的硬件兼容性对提高普通桌面操作系统的实时性具有重要意义。在Windows系统上进行实时扩展,以改进其调度和任务处理兼容性。实验结果表明,该扩展对任务处理有很好的效果,可满足应用程序的实时性要求。     

固体废物对载人航天任务的影响与应对措施研究

固体废物堆积、发酵和水分等资源流失对载人航天任务,特别是长时间、远距离任务的飞船内部空间利用、航天员人身安全和生命保障物资发射质量均有重要影响。概述了美国和国内载人航天任务中固体废物管理和处理技术的研究进展,论述了固体废物的来源、性质以及与载人航天任务的关系,针对短期、中期和长期航天任务分别提出了相应处理技术并对各技术相关信息进行论述,分析和比较了各种方法的优点和不足。在此基础上提出了我国开展固体废物处理技术的研究建议,为相关研究提供参考。     

载人登陆火星任务核热推进系统方案研究

针对载人登陆火星任务需求,基于核热推进大比冲、高能量转换效率和低风险的优点,设计了8次地面发射、5次近地轨道对接、人货分离任务构架,并提出了总推力为450 kN的核热推进总体方案;最后依据我国航天技术水平,对核热发动机及增压输送子系统系统组成和参数分配进行了详细设计,载人登火任务核热推进系统方案没有超过我国现有航天技术水平。     

载人飞船返回舱六自由度再入弹道仿真研究

为了综合研究和分析载人飞船返回舱制导导航控制（ＧＮＣ）系统的性能,验证系统设计的正确性、合理性和可行性,提出了返回舱六自由度再入弹道仿真研究问题。根据返回舱ＧＮＣ系统的任务,建立了适用于包括风在内的各种干扰作用下六自由度再入弹道仿真数学模型,为半实物仿真奠定了基础。提出了基于标准轨道的再入制导律,严格推导了再入段总升力方向控制中滚动通道姿态控制信号的形成,并给出了工程应用中简化的方法,开发了综合仿     

基于MapleSim的六自由度平台仿真

用MapleSim对六自由度平台进行建模与仿真,研究平台在正弦输入下的系统品质。结果表明,基于MapleSim的六自由度平台模型具有很好的正弦响应品质,能够满足实时控制和高精度的要求。     

基于ADS仿真平台的双模式机载ADS-B接收机仿真

围绕机载ADS-B接收机组件的工作方式,研究1090ES和UAT两种类型数据链的技术指标,给出了机载ADS-B射频接收前端的系统架构,搭建了一款机载ADS-B接收机的仿真系统。仿真系统以ADS先进设计系统软件为仿真平台,基于RTCA DO-260B标准,实现了1090ES和UAT双模式数据链机载ADS-B接收机的构建。     

基于RT-LAB的飞行仿真试验平台

以正在研制的某型号支线飞机为背景,设计了基于RT-LAB的飞行仿真试验平台。此试验平台利用了RT-LAB仿真系统的核心优势,同时采用VMIC网通讯保证其实时性。通过驾驶员在回路中仿真试验,验证了基于RT-LAB的飞行仿真试验平台的实时性和有效性,满足了ARJ21飞机地面模拟试验的需求。     

载人航天任务固废处理技术初筛评价方法研究

随着载人航天任务的发展,固废处理的需求显著增强,亟须建立系统的评价方法,以完成不同任务场景固废处理技术的选择。在全面梳理固废处理技术的基础上,归纳总结了涵盖等效系统质量、技术性能、技术水平和安全可靠性这4大类共10项技术指标在内的评价体系;采用归一化处理与权重分析方法,得到了应用于固废处理技术初步筛选的综合性量化评价指标。评价方法通过完成空间站以及星球基地两类典型任务场景下的固废处理技术适应性的定量排序得到了验证。