木星辐射环境不确定性对总剂量风险的影响

以木星探测任务为背景,针对木星辐射带粒子能量高、通量大的强辐射特点,基于器件总剂量辐照试验数据、木星辐射带模型、太阳质子通量模型,将器件失效点剂量不确定性与辐射环境不确定性应用到总剂量设计中,可定量评估特定任务一定屏蔽下的器件失效概率、辐射设计余量(RDM)的置信度及影响因素,可实现木星任务中器件指标、屏蔽厚度和失效概率之间的权衡和优化。首先,根据商业器件TL084辐照试验数据,发现其失效概率分布符合威布尔分布。对于10个木星半径的赤道面轨道,辐射带质子通量比太阳质子大3个数量级,随着屏蔽厚度的增加和任务期的减小,TL084器件所受剂量和失效概率减小。当屏蔽厚度为 10 mm 铝时,器件平均寿命小于2星期。另外,定义并考察了器件的失效速率,失效速率随屏蔽厚度的减小和在轨时间的增加而增加。对于传统的RDM为2的设计方法,1 mm铝屏蔽下对应的置信度为89%。     

电液伺服型并联式加注机器人运动轨迹跟踪控制

针对电液伺服型并联式加注机器人在实际任务中广泛存在的模型不确定和强外干扰问题,提出一种基于关节有限时间扰动估计(FTDO)的动力学解耦反步鲁棒控制策略。首先,将系统处理为一组受外部扰动关节子系统的集合,进而针对各关节通过设计两个有限时间扰动观测器实现了对关节中匹配与不匹配不确定性的有限时间同步精确估计和补偿。同时,基于系统的动力学解耦模型,通过设计反步鲁棒控制器保证了闭环系统的稳定性。最后,通过Lyapunov方法验证了闭环系统信号的有界性和关节跟踪误差的有限时间渐近收敛特性。试验结果表明,控制器在不同工况下均具有良好的轨迹跟踪性能和关节抗干扰能力,能够满足在实际加注任务中的应用需求 。     

Switched adaptive active disturbance rejection control of variable structure near space vehicles based on adaptive dynamic programming

Based on the switched nonlinear system, a switched adaptive Active Disturbance Rejection Control(ADRC) law is proposed for the Variable Structure Near Space Vehicle(VSNSV) with unknown uncertainties and external disturbances. The reduced-order Extended State Observers(ESOs) are constructed for the attitude angle system and the angular rate system to estimate the total disturbance in real time. With the extended state introduced to counteract the effects of uncertainties and disturbances, a systematic procedure is presented for the synthesis of the switched adaptive ADRC strategy. Rigorous proof shows that the estimation errors of the reduced-order ESOs would converge to a small neighborhood of zero in finite time, and that the output of the closedloop system can track a given signal stably for a class of switching signals with average dwell time via the proposed approach. The variable gain control strategy based on Adaptive Dynamic Programming(ADP) with the actor-critic structure is also designed to improve the dynamic performance of the system. Simulation results verify the effectiveness and advantage of the proposed control scheme.     

航天器对空间碎片撞击危害的被动防护技术

本文介绍了人类对空间碎片的认识过程和被动防护屏的演变，着重讨论了多次冲击防护屏概念，各层的功能及多次冲击防护屏的优点，并提出了防护屏综合设计应考虑的若干问题。     

载人航天器密封舱微生物防控技术体系框架研究概述

载人航天器密封舱内环境适宜航天员工作和生活,同时也给空间微生物提供了生长繁殖的有利条件。而空间微重力和电磁辐射等环境会加大空间微生物对材料的腐蚀能力。因此,必须对空间微生物防控技术进行体系化研究。文章从空间微生物菌种的采集和鉴定、空间环境下微生物对航天材料的腐蚀机理、载人航天材料抗菌涂层选择以及微生物控制技术等方面对微生物防控体系进行阐述,可以作为开展载人航天器空间微生物防控技术研究的参考。     

基于全张量磁场梯度的磁偶极子定位及误差分析

为了对磁偶极子进行高精度的磁性定位,文章从磁偶极子模型出发,推导出磁偶极子的空间坐标与其产生的磁场及磁场梯度之间的关系式;针对模型及关系式,设计了一种全张量磁场梯度传感器,能够一次测量出精确定位所需的9个磁场梯度值和3个磁场强度值;对比仿真结果和实验结果,发现二者具有较好的一致性,证明了该理论模型的有效性。对于磁偶极子,用半径为0.05 m的梯度传感器对磁矩为2 A·m~2的磁偶极子进行定位测量,在0.5~1 m距离内定位误差不大于10%。文章还对定位测量误差的原因进行了分析,包括梯度测量基线距离及传感器半径对定位误差的影响。     

基于磁场梯度张量的航天器内部多磁场源探测技术

基于磁场梯度张量的探测技术具有高分辨率、高精度等优点,是航天器多磁源分辨的有效方法。文章建立了航天器磁场源模型,提出了航天器多磁场源模型拟合方法,利用磁场梯度张量的主不变量的极值确定磁场源个数和水平位置,然后联合欧拉方程计算磁场源深度,完成航天器内部多磁场源仿真与计算,分辨率最高可达0.012 m,满足工程需求。该研究开辟了航天器内部多磁场源目标探测的新途径。     

轴承腔内壁与油膜换热的数值模拟与试验

航空发动机后轴承腔内壁与滑油的换热分析是轴承腔热防护结构设计的基础。对航空发动机轴承腔内壁换热模拟试验件开展试验与数值模拟研究,得到了滑油油膜对轴承腔内壁的换热影响。通过测量试验件外壁面、内壁面以及滑油油膜的温度得到了试验件内壁面换热热流密度与换热系数的分布;结合CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid)油/气两相流以及热-流-固耦合计算方法对试验件进行了换热分析,并将内壁对滑油的局部热流量的计算结果与试验结果进行了对比,结果显示两者在各个工况下均吻合较好。通过将局部换热系数计算值与当地的滑油流动雷诺数Rel进行对比分析,结果显示内壁局部努赛尔数Nuw与Rel的0.7次方成正比关系。另外,对转速对换热的影响进行分析得到Nuw与旋转雷诺数Re_(rot)的0.345次方呈正比关系。     

基于横向二次射流的水下推力矢量方法

提出一种基于横向二次射流的水下推力矢量技术,通过二次射流的横向速度场诱导主流发生偏转,建立了推力矢量偏角与流速偏角的数学关系,证明了通过主流偏转实现推力矢量偏转的有效性。通过数值计算方法分析了不同二次射流深度、不同二次射流/主流体积比及不同二次射流/主流速度比条件下主流偏转角度变化。结果显示:随着二次射流深度的增加,主流受到壁面阻碍作用增强,因而偏转角度减小。随着二次射流/主流体积比的减小,出口负压区所占比例减小,主流偏转角度增加,且当体积比减小到一定值后,负压影响可以忽略,主流不再随体积比而变化。主流偏转角度随速度比增加而增加,且在速度比一定的条件下,速度数值的变化对主流偏转没有影响。设计了一种主流为圆形射流的水下矢量推进器,对其数值分析结果揭示:当位于射流中剖面同侧的二次射流全部作动时,主流可以取得最大的偏转角度,且主流的偏转方向可以通过使不同的二次射流组合处于作动状态进行控制。      

高斯混合模型优化的四元数约束CKF姿态估计

针对四元数非线性滤波在姿态估计中噪声为非理想高斯分布时随机模型的失配现象,提出了一种基于高斯混合模型的四元数约束容积卡尔曼滤波（GM-QCKF）。讨论了四元数在容积卡尔曼滤波中的加权均值方法,并利用高斯混合模型对高斯分量更新与求和从而精化随机模型,最后通过两步投影理论做归一化限制,有效地改进了四元数约束容积卡尔曼滤波的稳定性。通过仿真测试,表明GM-QCKF可明显提高姿态估计精度;跑车试验验证了GM-QCKF算法在实际应用中精度和稳定性的优势。