一种深空粒子采样返回探测器构型设想

以太阳风粒子、深空尘埃等为目标的采样返回探测任务是空间科学与深空探测研究的热点方向之一。对“星尘号”“起源号”两个典型采样返回探测器的构型进行了分析,并梳理了其主要构型特点。结合我国月地高速再入返回飞行器的构型特点,提出了一种深空粒子采样返回探测器构型的设想：总体构型由长方形主体和流线型返回器组成,主体构型适应于承载返回器和其他装器设备,返回器构型适应于样品收集和再入返回气动外形。设计方案采用了充气式采样器进行粒子收集,具有体积小、重量轻、折叠效率高、展开可靠、工程实施简单等特点,并采用了可重复收拢展开的太阳翼,能够适应收集不同类型深空粒子的需求。     

低成本多小天体并行交会技术

小天体资源开发方兴未艾,为降低开发风险和成本,需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高,周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术,能够对多小天体探测任务进行解耦,实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查,从而降低探测成本,缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想,使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步,提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法,该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群,逐次确定小天体探测目标,并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明,该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗,并缩短转移时间。     

一种运载火箭用大功率电动伺服驱动器的散热设计

散热对电子设备的性能有着直接的影响,散热器广泛应用于电子产品的热设计用于改善其散热能力,因此散热器应作为关键部件进行设计。针对航天领域使用的大功率电动伺服驱动器的散热问题,提出了通过热力学理论计算指导散热器结构设计的方法。首先通过理论计算结果确定散热器的结构尺寸,然后通过PRO/E三维建模软件对散热器进行建模并利用ANYSY ICEPAK热仿真软件对所设计的散热器进行热仿真,最后搭建了伺服驱动器的热试验环境。仿真结果和试验数据均验证了该设计方法的正确性。     

高垂直度和低沉积的MEMS陀螺梳齿结构释放工艺

梳齿型微机电系统（MEMS）陀螺的释放要求结构具有垂直度高、释放过程沉积聚合物少的特点,通过优化深硅刻蚀的工艺参数,包括钝化气体八氟环丁烷（C4F8）的流量、衬底温度、刻蚀气体六氟化硫（SF6）的流量和钝化气体C4F8的压力,实现了结构垂直度为90.0°、支撑层表面沉积物厚度为87.1nm的梳齿结构释放工艺。深硅刻蚀工艺的优化为高性能MEMS陀螺的加工提供了基础。     

低速溅射小行星表面采样的动力学仿真

开发了适用于小行星环境的大规模三维离散元程序DEMBody,针对低速射弹溅射表层风化层的小行星采样方案,仿真了相同质量不同形状的射弹在微重力环境下垂直射入颗粒床的过程,研究了溅射物质在采样器中的运动历程及最终收集质量与射弹形状的关系。结果表明,90°锥形射弹的采样效率最高。     

仿生光磁导航技术发展研究综述

仿生导航是在仿生技术基础上发展起来的新型导航技术方法,该方法融合了仿生技术的优点,因其抗干扰性强、适应范围广的特点,迎来了研究的热潮。从仿生光流导航、仿生偏振光导航、仿生类脑导航和仿生地磁导航四个角度对近年来大量的相关文献进行了综合性地整理和分析,阐述了其导航原理、发展现状和动态,对其未来的发展前景进行了展望,指出了限制现有技术的难点和瓶颈,对未来仿生导航技术的发展提供了参考,有一定的指导作用。     

基于星体边缘和轨道投影的光学自主导航算法

针对光学导航中存在的通过星体（球体）图像部分边缘点拟合椭圆参数计算轨道参数产生中间误差的问题,提出利用边缘点映射轨道参数的直接投影模型,避免拟合椭圆参数的方法。在小孔成像模型基础上,建立了边缘点与轨道参数的直接投影数学模型,对其映射过程进行了理论推导,利用列文伯格-马夸尔特迭代算法进行求解轨道参数。用实际探测器以及镜头参数进行数值仿真验证,结果表明：该方法在相同边缘点的条件下,轨道精度可以达到5‰。与传统方法相比,这种方法避免了椭圆的拟合过程,减少了引入中间误差过程。     

复杂动力学模型下星载天线跟瞄控制技术研究

针对星载天线动力学复杂这一问题,从天线系统刚柔耦合动力学建模、指向跟踪控制以及振动抑制等方面研究了柔性星载运动部件的指向控制方法。首先,通过描述系统几何拓扑关系建立系统运动学方程,从而简化动力学建模过程;之后,利用假设模态法,对天线反射面挠性进行建模;最后,将拉格朗日方程与挠性关节模型相结合,从而建立了星载天线非线性刚柔耦合动力学模型。在以上复杂动力学建模的基础上,采用分层设计的思路进行了控制策略设计：先运用基于计算力矩法的滑模控制器得到不考虑挠性关节的耦合控制律,从而保证卫星基体的稳定性以及天线挠性反射面的振动抑制;再使用反步法对挠性关节进行控制,实现对天线反射面的指向精度控制。最后,讨论了动力学参数不确定性对系统跟踪指向控制的影响并采用数学仿真的方式验证了相关动力学模型与控制算法。仿真结果表明该方法能较好地实现对星载天线的指向跟踪控制以及振动抑制,提高星载天线的动态指向精度。     

2 AU以内的“渐进型”太阳高能粒子事件模拟

太阳高能粒子（Solar Energetic Particle,SEP）事件是影响地球空间以及深空辐射环境的主要因素之一。“渐进型”太阳高能粒子事件中的高能粒子主要来自于日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection,CME）所驱动的激波扩散加速（Diffusive Shock Acceleration,DSA）过程。CME驱动的激波在行星际的传播过程中,其结构不断演化,进而影响到高能粒子的加速过程。本文利用二维太阳高能粒子加速和传播模型,对发生于2014年4月18日的太阳高能粒子事件实例进行了数值模拟。模型考察了黄道面上2 AU的距离以内包含地球所在位置的4个不同点,分别计算了每个点上高能粒子的通量。数值模拟的结果表明：黄道面内不同位置的观察点,与激波波前的磁力线连接不同,从而导致观察点处高能粒子的通量有着显著的差异。该模型的计算结果可以为深空探测计划开展辐射环境研究提供必要的输入。     

基于压电纤维复合材料的航天器动力学建模与振动抑制

压电纤维复合材料(MFC)在柔性航天器的振动主动抑制中具有很好的应用前景。利用哈密顿原理和压电驱动的载荷比拟方法,建立了带MFC压电驱动的离散形式的刚柔耦合动力学方程,采用线性二次型最优控制(LQR)算法进行主动控制。结果表明：在航天器的柔性体受到脉冲载荷激励条件下,使用MFC驱动器可以实现航天器挠性振动的快速抑制,并且同时保持中心刚体姿态的稳定性,即能够实现挠性振动与姿态运动的协同控制。基于MFC的主动控制方法对于高频响应也具有较好的控制效果。对于柔性占优的航天器,采用MFC的主动控制优于被动控制。本文方法在处理具有复杂柔性体的航天器时更具优势,更适合于工程应用。