Science Research of Microgravity Satellite SJ-10

The program SJ-10, one of the scientific satellite programs in the Strategic Priority Research Program on Space Science, the Chinese Academy of Sciences, was launched on April 6, 2016. There are totally 19 scientific payloads, a multi-function furnace for 8 material researches and three-dimensional cell cultures for the neural stem cell and the hematopoietic stem cell respectively. The recoverable satellite consists mainly of two capsules:a recoverable capsule was recovered on 18 April 2016, with all payloads of life science, the multi-function furnace and the payload for measurement of Soret Coefficients of Crude Oil (SCCO); and an un-recoverable capsule continued to work in additional 3 days with all other physics payloads. The experiments were operated via teleoperations, and all experimental data were received by the ground station in real time. The data and recoverable samples are analyzed by the experiment teams of the program.      

航天器分布式有限时间编队方法

以二阶积分环节作为单体航天器动力学模型,在固定通信拓扑的基础上,假设每个航天器仅获取相邻航天器的速度位置信息,设计了分布式有限时间跟踪控制算法,并证明了算法的有效性。在该算法的基础上,采用了虚拟结构和阶级控制方法,使第一阶级航天器接受虚拟领队形成的虚拟结构信息,次级航天器接受上一级航天器信息,给出了有限时间编队方法,并通过数值仿真验证了该编队算法。     

基于Starlink机会信号/INS的组合导航方法

针对全球卫星导航系统(GNSS)因频点单一、落地功率低、易受电磁干扰以及存在覆盖较差区域等潜在的被拒止或被干扰导致的导航系统性能降低甚至失效的问题,提出了一种基于星链(Starlink)机会信号融合惯性导航系统(INS)的飞行器动态组合导航方法。首先分析了星链信号体制,建立了基于星链星座卫星下行机会信号的瞬时多普勒定位观测模型,设计了一种基于频率细分的快速最大似然多普勒频率估计方法,然后建立了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的Starlink机会信号/INS的组合导航模型,并对该导航方法进行了实验及分析。结果表明,该方法可为飞行器提供长航时、连续、高精度的导航。动态飞行情况下,该方法可实现平均优于25 m的三维定位精度和平均优于0.1 m/s的速度估计精度,比相同观测时间下的惯导精度提高了1～2个数量级,显著提高了飞行器的导航精度,可为战略导航提供方法和技术支撑。     

被动定位中的滤波算法研究

由于被动定位中状态空间模型的非线性程度较高,现有的递推滤波算法在收敛精度和稳定性等方面往往满足不了要求。文中对常用的 EKF、MGEKF 算法以及序贯 Monte Carlo 粒子滤波技术进行了分析,指出粒子滤波将成为解决被动定位问题的重要研究方法。     

测量三维湍流场的热线响应方程及热线校正方程

从Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ等效冷却速度公式出发推出了高阶精度的热线响应方程,它适用于密度不变低速条件下求解湍流场中时均速度和雷诺应力张量。应用该热线响应方程时不严格要求热线探头轴线与流场速度矢量完全一致,因此可简化热线测量的支撑和传动机构。导出的显式热线校正方程可保证校正精度。     

组合体航天器智能协同姿态控制研究

组合体航天器在姿态机动过程中的各单体卫星承受的控制力是不均匀的,局部控制力过大将会导致组合链接断裂而失效。应用多体动力学理论建立了组合体航天器间的相互作用模型,对内力、内力矩与整星姿态、控制力矩之间的关系进行了分析;仿真了极端情况下的内力矩分布,其大小可能超过常用对接机构的力矩承受范围;采用粒子群算(PSO)法对控制合力矩进行优化分配,通过预设初值和继承初值来加快PSO算法的收敛速度,实时调整各星控制力矩分配比例,减小星间相互作用力,实现组合体航天器的智能协同控制,保证组合体航天器的连接铰不因受力过大而损坏。算法仿真和Adams软件验证分析表明,本文建立的相互作用模型可准确计算出星间相互作用力,提出的智能协同姿控算法可显著降低姿控过程中的星间内力,确保组合体航天器的安全。     

霍尔电推进技术的发展与应用

霍尔电推进具有推力密度大、推力功率比大、比冲高及系统可靠等优点,在20世纪60~70年代突破关键技术、完成空间试验后,在俄、美、欧等航天器上获得大量应用,执行位置保持、轨道转移、轨道调整和深空探测主推进等任务。目前,100 W级到5 k W级功率的霍尔推力器已经实现在轨应用,100 k W功率的霍尔推力器已在研制中。针对未来载人深空探测、GEO卫星、低轨和超低轨卫星及轨道机动飞行器等任务需求,霍尔电推进朝着更大功率包络,更强多模式调节能力,更高性能,更长寿命及推进剂多样化等方向发展。在分析霍尔电推进技术特点和适用任务后,对国内外霍尔电推进技术的发展现状、任务应用等进行了综述,最后对霍尔电推进的发展趋势进行了展望。     

管路构件塑性变形连接技术研究进展及挑战

管路构件被广泛应用于航空航天等领域各类先进装备的介质传输构件与结构件,是起着“血管类”生命控制线作用的一类量大面广的关键构件,一般在整个装备中工作环境最为复杂、可靠性要求最为苛刻。各类管路构件的可靠性连接是确保其服役安全性与稳定性的瓶颈问题。管路构件塑性变形连接技术具有连接强度大、可靠性高、连接工艺过程高效环保等优点,已被广泛应用于各类管路构件的连接工艺。然而,随着各类先进装备对长寿命、高功效、轻量化和高可靠性要求的进一步提升,管路构件连接技术正面临新挑战。从接头塑性成形、装配工艺与服役性能等3方面综述了管路构件塑性连接的最新研究进展;结合工艺特点与服役性能,对比分析了几种主要连接结构的工艺过程和服役性能的差异;通过对上述研究进行动态分析,总结提出了管路构件塑性连接技术的发展趋势与所面临的技术挑战。     

后缘隔板对充气式机翼翼型气动力影响分析

以充气式机翼为背景,研究了安装后缘隔板充气式翼型的气动特性。以翼型E387为基础生成的钝后缘翼型为研究对象,采用大涡模拟方法对安装中部隔板的充气式翼型进行了流场数值计算,并与未安装隔板的情况进行了对比。总结了后缘中部隔板对充气式翼型气动特性影响的变化规律,为充气式机翼设计提供参考。     

可见光/激光组合的相对位姿测量研究

针对可重构航天器模块超近距离对接场景下特征点消失问题,提出一种可见光/激光的高精度相对位姿测量方法。该方法先通过可见光/激光组合对初始相对横滚角误差进行校零,完成粗校准环节;然后通过激光二维双镜反射法进行精确的相对位姿解算,获得高精度相对位姿数据。仿真结果表明,在现有技术条件下,该方法在模块相对距离在100cm内可不依赖视觉特征点,实现±1.2mm和±0.03°的相对位姿测量精度,为模块航天器对接后续的超近距离高精度位姿控制奠定基础。