基于伪光谱方法的有限推力轨道转移优化设计

研究了伪光谱方法在空间飞行器有限推力轨道转移最优化问题中的应用。首先给出了空间飞行器轨道转移最优化控制问题模型,其中运动方程为三自由度模型,性能指标选为轨道转移过程中燃料消耗最小,控制变量为推力攻角。终端状态受到航迹角、高度和速度的约束。然后,应用伪光谱方法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题。选取各配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用基于Matlab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性。仿真结果表明伪光谱方法对于空间飞行器转移轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,生成的轨道能够较好地满足各种约束条件。因此,伪光谱方法对于空间飞行器有限推力轨道转移问题的求解是可行的。     

双Rodrigues参数方法及其在姿态确定中的应用

提出了一种利用Rodrigues参数序对描述刚体姿态运动的方法。首先证明了刚体的任一     

Drilling systems for extraterrestrial subsurface exploration

Drilling consists of 2 processes: breaking the formation with a bit and removing the drilled cuttings. In rotary drilling, rotational speed and weight on bit are used to control drilling, and the optimization of these parameters can markedly improve drilling performance. Although fluids are used for cuttings removal in terrestrial drilling, most planetary drilling systems conduct dry drilling with an auger. Chip removal via water-ice sublimation (when excavating water-ice-bound formations at pressure below the triple point of water) and pneumatic systems are also possible. Pneumatic systems use the gas or vaporization products of a high-density liquid brought from Earth, gas provided by an in situ compressor, or combustion products of a monopropellant. Drill bits can be divided into coring bits, which excavate an annular shaped hole, and full-faced bits. While cylindrical cores are generally superior as scientific samples, and coring drills have better performance characteristics, full-faced bits are simpler systems because the handling of a core requires a very complex robotic mechanism. The greatest constraints to extraterrestrial drilling are (1) the extreme environmental conditions, such as temperature, dust, and pressure; (2) the light-time communications delay, which necessitates highly autonomous systems; and (3) the mission and science constraints, such as mass and power budgets and the types of drilled samples needed for scientific analysis. A classification scheme based on drilling depth is proposed. Each of the 4 depth categories (surface drills, 1-meter class drills, 10-meter class drills, and deep drills) has distinct technological profiles and scientific ramifications.     

Experiment LEND of the NASA Lunar Reconnaissance Orbiter for high-resolution mapping of neutron emission of the Moon

The scientific objectives of neutron mapping of the Moon are presented as 3 investigation tasks of NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter mission. Two tasks focus on mapping hydrogen content over the entire Moon and on testing the presence of water-ice deposits at the bottom of permanently shadowed craters at the lunar poles. The third task corresponds to the determination of neutron contribution to the total radiation dose at an altitude of 50 km above the Moon. We show that the Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) will be capable of carrying out all 3 investigations. The design concept of LEND is presented together with results of numerical simulations of the instrument's sensitivity for hydrogen detection. The sensitivity of LEND is shown to be characterized by a hydrogen detection limit of about 100 ppm for a polar reference area with a radius of 5 km. If the presence of ice deposits in polar "cold traps" is confirmed, a unique record of many millions of years of lunar history would be obtained, by which the history of lunar impacts could be discerned from the layers of water ice and dust. Future applications of a LEND-type instrument for Mars orbital observations are also discussed.     

缓冲座椅系统着陆冲击响应的研究与分析

根据返回舱着陆过程中的特点、等效的着陆冲击加速度和缓冲机构的工作原理,建立了缓冲座椅系统的动力学模型。然后给出了座椅上任意点动力响应的计算方法,数值算例验证了缓冲座椅系统建模、计算的正确性。最后分析了着陆速度、输入冲击波形、座椅上测点位置和缓冲机构力学特性不同因素对航天员胸背向、头盆向加速度、座椅缓冲行程的影响及其原因,为提高缓冲座椅的工作性能提供了参考。     

《航空学报》50年

首先,概述《航空学报》的基本情况,回顾其50年的发展历程。其次,介绍《航空学报》的数据库收录情况、获奖情况、新媒体发展情况。接着,统计了历年出版数据、引证指标变化。最后,提出《航空学报》未来的发展方向为精品化、数字化,构建充分展示国内外航空航天领域最新、最高水平研究成果的产、学、研相结合的数字化学术交流平台。     

基于非正交码的波束形成网络幅相测试方法

针对目前数字波束形成网络幅相一致性测试系统中扩频码受限于正交码的问题,提出了一种基于非正交码的数字波束形成网络幅相测试方法。基于非正交码的幅相测试精度受多址干扰影响,提出了使用解相关算法提高幅相测试精度的方法,该方法以噪声略有增加为代价消除了多址干扰。理论分析给出了幅相测试的理论下界,并分析了系统误差、通道间耦合对幅相测试精度的影响。仿真结果显示,当采用非正交码时,测试设备不使用解相关算法无法达到预设的精度要求;使用解相关算法后,基于非正交码的幅相测试可以达到理论下界,在带内信噪比为10dB条件下,幅相测试精度为±01dB/1°,可以满足实际系统需求。     

基于状态转移矩阵的航天器多脉冲悬停方法

基于航天器相对运动的状态转移矩阵描述,研究了空间相对悬停的多脉冲控制方法,解决了工程实践中连续推力悬停轨道控制技术对航天器控制推进系统要求较高的难题。给出了两航天器在圆、椭圆和双曲线等圆锥曲线参考轨道上相对运动的状态转移矩阵描述。在此基础上,定性分析了椭圆参考轨道偏心率对悬停精度的影响,推导了航天器多脉冲悬停速度脉冲控制量的计算方法。数值仿真算例显示,该方法可有效实现一定悬停精度要求下的空间相对悬停控制,且随着一个轨道周期内脉冲数的增加,相对悬停的效果得到提升。     

用于无运动部件变焦的球面变曲率镜设计及试验

将无运动部件变焦技术引入空间光学相机的设计中,能够在不干扰卫星平台工况的情况下使空间相机在通过目标区域上空时获取蕴含有目标不同层次信息的图像,从而为后续的识别、判读甚至超分辨率重建提供依据。无运动部件变焦的关键在于：基于光学杠杆效应的光学设计和可以产生较大尺度曲率变化的变曲率反射镜。目前已设计出一种无运动部件变焦原型光学系统,其中变曲率反射镜的有效口径不超过100mm,初始曲率半径为1740mm,且具备曲率增减双向变形能力。文章针对上述指标,设计了变曲率反射镜,并进行了有限元分析,利用具有高韧性、高抗拉断性以及高极限许用应力的碳纤维复合材料研制了反射镜,通过与13点高精度压电驱动器的集成,最终实现了变曲率镜的研制。试验结果表明,该球面变曲率镜可以实现1705~1760mm的曲率半径变化,对应的中心形变量接近23μm,优于国外同等规模器件所能达到的水平。     

一种用于空间机械臂的 微重力模拟悬吊配重试验系统

空间机械臂工作在空间微重力环境中,广泛用于太空中的舱段对接、在轨维修等操作,因此需要在地面模拟微重力环境以满足空间机械臂研制试验要求。文章基于国内外模拟微重力环境领域技术现状,依据型号研制试验要求,提出了一种用于大型空间机械臂性能和可靠性验证的微重力环境模拟悬吊配重试验系统,并给出了悬挂机构子系统、二维随动子系统、恒拉力子系统、位姿测定子系统的设计思路和具体方案。