交会对接任务轨道控制规划设计与实施简

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题.设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化.设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合.交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务.     

轨控标定方法研究及在交会对接中的应用简

在航天测控任务中,对轨控效果进行标定并合理利用可以实现更为精准的轨道控制目标.提出一种用虚拟等效推力来替代姿态偏差所带来的影响,利用控前控后精密轨道同时标定轨控执行过程轨道切向、径向、法向三方向速度增量的方法,介绍该方法在我国交会对接任务中的应用情况,及其标定结果对定轨精度的敏感程度,试图在理论上进一步说明利用精密轨道进行轨控标定的可行性.     

2012年的中国航天活动

2012年度全球共进行78次运载火箭发射活动,共发射各类航天器135个。其中3次发射失败,3次部分发射失败,共有128个航天器成功入轨,世界航天活动稳步发展。在2012年里,俄罗斯发射29次,仍居世界首位;中国发射19次,成功率100%;美国发射13次;欧洲发射8次;伊朗发射3次;日本、印度和朝鲜各发射了2次。本期详细盘点2012年世界航天活动,以便读者从中得到一定的启示。     

首艘“天鹅座”飞船对接国际空间站

9月18日,美国轨道科学公司的“心宿二”运载火箭发射了该公司首艘国际空间站货运飞船“天鹅座”1,发射位于美航宇局沃洛普斯飞行设施的中大西洋地区航天港进行。本次发射曾因天气因素和需要更换一条故障电缆而推迟了一天。船上载有700千克货物,包括食品和衣物。随后几天,为验证飞船飞往空间站并在其附近机动的能力,飞船对一些系统和功能进行了测试,包括开展一系列试验性机动。在因各种原因两度推迟后,飞船于9月29日同空间站交会对接。飞船暂拟在站上停泊到10月22日,随后将装载着站上的垃圾离站,并在再人大气层过程中被烧毁。     

2013阔步前行

刚刚过去的2012年是不平凡的一年。中国的航天事业取得举世瞩目的成就。高密度发射捷报频传,全年完成19次宇航发射,将28个航天器送入太空,宇航发射取得"满堂红"。神舟九号飞船顺利实现与天宫一号载人交会对接,载人航天工程第二步战略目标取得决定性进展。嫦娥二号首次成功完成飞越探测小行星,实现从38万千米到700万千米的深空跨越。北斗卫星导航系统正式提供区域服务。中国航天工业能力大幅提升,推动我国从航天大国向航天强国全力迈进。     

面向交会对接任务的高可靠应用软件设计方法

针对航天器控制系统软件特性及交会对接任务特点,利用软件可靠性理论,研究提高软件可靠性的方法,提出了面向交会对接任务软件的可靠性设计,增强了航天器控制系统的可靠性.     

光学交会轨道计算

光学测量设备是测控的一个重要设备,因其精度高而在精密测量中至关重要。多站测量数据自动交会生成交会弹道,这个交会后的弹道反过来又可以引导任一测量设备。假定某测量设备在测量任务中突然失去了目标,则有几种方法再转入引导:一是理论弹道;二是交会计算弹道;三是由测控中心发出的其他测量设备给出的弹道。可见实时交会计算弹道是多设备测量中的重要一环。文章给出了交会计算具体实现方法。     

非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法研究

提出一种针对空间非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法。在摄像机捕获原始图像后,利用推导的主动星高精度姿态来确定摄像机的精确指向,并结合恒星星库进行初步恒星对象剔除操作,随后基于不同对象在图像中的运动轨迹差异进行目标的精确识别。在目标仅视线角可观测的条件下,基于相对轨道根数建立相对运动方程,并利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)构建仅测角相对导航滤波器以推导出主动星和目标之间的相对运动状态。最后通过搭建的半物理仿真平台,对该方法在3种轨道场景中的性能进行了仿真测试,结果显示,当卫星姿态确定的指向精度在优于3″的条件下,该方法的目标检测正确率在96%以上,提出的仅测角相对导航滤波器的相对定轨精度在所测距离范围的1%以内。     

微纳卫星与非合作翻滚目标对接的模型预测控制

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题，设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先，考虑动力学耦合问题，建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后，充分考虑了可能存在的实际工程约束，包括输入饱和约束、移动过程中的速度约束、追踪星光学设备视场约束、安全接近走廊约束等，设计了基于MPC的对接控制器，确保精确完成对接操作的同时尽量减少推进剂消耗以获得最优接近轨迹。最后，仿真结果说明了本文所提出控制策略的有效性和鲁棒性，所设计控制器可以在满足多种约束的基础上，实现微纳卫星对非合作翻滚目标的对接，并对干扰具有鲁棒性。