Rapid design and optimization of low-thrust rendezvous/interception trajectory for asteroid deflection missions

Asteroid deflection techniques are essential in order to protect the Earth from catastrophic impacts by hazardous asteroids. Rapid design and optimization of low-thrust rendezvous/interception trajectories is considered as one of the key technologies to successfully deflect potentially hazardous asteroids. In this paper, we address a general framework for the rapid design and optimization of low-thrust rendezvous/interception trajectories for future asteroid deflection missions. The design and optimization process includes three closely associated steps. Firstly, shape-based approaches and genetic algorithm (GA) are adopted to perform preliminary design, which provides a reasonable initial guess for subsequent accurate optimization. Secondly, Radau pseudospectral method is utilized to transcribe the low-thrust trajectory optimization problem into a discrete nonlinear programming (NLP) problem. Finally, sequential quadratic programming (SQP) is used to efficiently solve the nonlinear programming problem and obtain the optimal low-thrust rendezvous/interception trajectories. The rapid design and optimization algorithms developed in this paper are validated by three simulation cases with different performance indexes and boundary constraints.     

液态水相变发散冷却的实验

以液态水为冷却介质,采用高温合金粉末烧结多孔材料制造平板实验件,实验研究了具有液态水相变的发散冷却特性.用远红外热像系统记录实验平板热端表面温度分布,通过热电偶及压力传感器监控冷却腔内温度和压力变化,从而分析液态水的相变过程.实验表明:随着液态水注入率的增大,平均冷却效率不断提高;当液态水在暴露于高温主流的平板表面发生气液相变时,平均冷却效率趋于稳定且不再大幅上升;主流温度与液态水注入率决定了液态水的相变位置,并对冷却腔内压力变化产生影响.      

含氟固体憎水剂的制备及其膜层性能

以有机硅氧烷为基料,通过添加羟基氟硅油等成分,制备了一种含氟固体憎水剂.将所制备的固体憎水剂按不同浓度用乙醇溶解后分别涂覆于A3钢材料表面,均获得了厚度小于1 μm的透明憎水膜层.研究了这些膜层的憎水性和耐腐蚀性能,结果表明,憎水剂的浓度对膜层的憎水性、憎水稳定性及耐腐蚀性等都有影响;氟的添加可有效提高膜层的憎水性能,接触角提高约20°左右,膜层的耐腐蚀性能也得到显著提高.      

空对空导弹对战斗机空战效能影响的仿真

定量分析了空对空导弹的装机数量、主要作战使用性能和机动能力对战斗机空战效能的影响,研究了作战过程中空对空导弹的有效使用方式,以提高战斗机的生存能力和空战效能.空对空导弹的动力学模型采用三自由度质点方程,典型运动轨迹分为分离、拉开、接敌3个阶段.同时给出了每个阶段对导弹轨迹的不同要求,在仿真中也考虑了导弹的雷达散射截面(RCS).采用一对一空战对抗形式,对幻影2000飞机与F16飞机在高空中距、携带不同数量的空对空导弹、以及在不同的时机使用等情况下,进行了空战仿真,结果表明载机速度、分离角度以及空对空导弹使用速度对战斗机的空战效能有很大影响.     

CMOS星敏感器图像驱动及实时星点定位算法

利用CMOS图像传感器技术的低功耗和开发简单等优点,设计了新型CMOS星敏感器的图像采集驱动电路.该电路设计以现场可编程门阵列(FPGA)为核心,配以静态存储器和并口通讯功能,实现了图像的采集、存储和输出.同时根据4连通域图像分割的原理,在FPGA内部设计了一个数字电路模块,以实现该星敏感器的实时星点定位功能.该模块由于采用了流水线结构,可以和图像采集同步完成星点质心定位算法,减少了向星敏感器数据处理单元中的精简指令集计算机(RISC)的数据传输量和RISC进行星图跟踪和识别的工作量,提高了星敏感器的总体工作性能.对比软件处理结果,对星敏感器的图像采集和质心算法硬件电路进行了验证.     

中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能

针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题,深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维,测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量,利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构,但其呈化学惰性,选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa,明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高,尤其是极性分量越高,中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大,这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。     

一种改进的数字图像置乱算法

图像置乱技术以有效地保护数字图像的内容为目的,结合常见的几种置乱方法,提出了一种新的图像置乱算法-GEMMER算法。该算法首先将水印图像进行小波分层,得到一个环形向量,然后经过旋转置乱后,嵌入到宿主图像中。经实验分析证明,该方法有良好的周期性,经旋转置乱后的图像能量分布均匀,使水印信息的保密性有了很大提高。     

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

弹性高超声速飞行器建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气,需要对高超声速飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动问题极大影响其精细姿态控制精度。以高超声速飞行器的纵向通道为例,分析弹性振动问题对飞行控制系统的影响,建立面向控制的弹性高超声速飞行器数学模型,考虑气动参数和模态参数的大范围摄动,采用主动控制策略,基于鲁棒H∞理论和LQR理论设计精细姿态控制系统。大量仿真表明：在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下,控制系统能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,并保证进气口当地攻角±0.4度的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

FGM零件快速原型制造中支撑自动生成模块设计

功能梯度材料是一种新型非均质材料,有着广泛的应用前景.传统的制造设备无法满足加工这种材料零件的要求,快速原型制造技术使得功能梯度材料零件的制造加工得以实现.支撑设计决定快速原型制造产品精度.针对功能梯度材料零件数字化设计制造中的支撑生成问题,采用了基于邻边排序的Stereo Lithography模型切片算法并提出了基于多边形布尔运算的支撑生成算法.根据功能梯度材料零件几何信息及零件内部材料分布信息实现支撑间距自适应改变,提高了快速原型产品精度.通过对支撑自动生成实例的分析,验证功能梯度材料零件快速原型制造中支撑自动生成算法的正确性.