小行星探测历史及启示

自1989年美国Galileo探测器在探测木星的途中顺访了小行星951 Gaspra和243 Ida起, 小行星探测已经逐渐成为各主要航天国家深空探测的重点目标之一. 过去30年, 小行星探测任务从飞掠探测到专访探测再到采样返回, 探测类型愈加丰富, 并逐步从单纯的科学探测发展到小行星防御与资源利用. 中国预计在2025年发射天问二号, 同时计划开展首次小行星防御任务. 在此背景之下, 本文详细分析了迄今为止小行星探测任务的历程、科学目标、科学载荷配置以及主要研究成果, 并重点研究了日本Hayabusa和Hayabusa 2任务及美国OSIRIS-REx任务的样品储存管理、分配经验和返回样品实验室初步分析流程, 以期对中国未来小行星探测任务的设计和实施提供参考. 设计低成本、多频次采样返回任务; 统筹任务规划, 注重加强任务之间的配合; 加强科学团队建设是更好地规划中国未来小行星探测任务的要点.     

航天器姿态控制群体博弈分布式分配方法

针对由多个细胞星构成的组合卫星的姿态控制问题,提出了一种包含控制力矩计算层与冗余力矩分配层的双层姿态控制方法。将细胞星间的冗余力矩分配问题转化为群体博弈的策略选择问题,综合考虑能量消耗、飞轮输出力矩裕度和飞轮角动量裕度设计收益函数,以力矩分配系数作为群体质量,以细胞星作为策略建立群体博弈模型。考虑群体演化中模仿和比较形成的不同演化策略,分别采用Smith动力学以及复制器动力学修订协议求解博弈的Nash均衡解,并利用有限制策略的群体博弈理论形成分布式冗余力矩分配方式,得到各个细胞星的控制策略。最后通过仿真实验验证了此分配方式的有效性。     

交变电磁消旋过程中径向共线构型编队的附加力策略研究

高速运动的失效卫星等空间目标会威胁在轨卫星的安全,高效清除这类优先级高的目标的研究成为必然趋势。通过探讨不同消旋方法,提出一种基于非匀强磁场的径向分布电磁消旋编队策略,将旋转目标在非匀强交变电磁场中产生的电磁力视为控制力,通过位置调节控制电流,并利用数值模拟方法验证可行性。仿真结果表明,通过距离反馈控制电磁线圈的输出电流能在电磁消旋过程中减小电磁卫星与消旋目标的相对距离变化幅度,减少推进剂消耗,验证基于非匀强磁场的径向分布电磁消旋编队实现无推进剂消旋策略的可行性。     

基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测

现代军用飞机座舱驾驶系统信息高度密集、任务复杂多变。为探讨信息加工类型与多任务协同对飞行员脑力负荷的影响,依据ACT-R认知模块与脑力负荷决定性因素的关联性,将飞行员的脑力负荷划分为感知负荷与认知负荷,并基于四维多资源干扰理论,考虑多任务协同作用时的资源干扰对脑力负荷的影响,提出了基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测模型。为校验所提模型,选取16名被试完成4种模拟飞行任务的脑力负荷评价实验,结果显示：不同飞行任务在飞行绩效、NASA-TLX主观评价、平均扫视时间与扫视频率下的主效应显著（P<0.05）,总脑力负荷预测值与NASA-TLX主观评价、扫视频率和心率呈显著正相关,平均脑力负荷预测值与飞行绩效、瞳孔直径和平均扫视时间呈显著正相关。所提模型对飞行员脑力负荷的动态预测与评价具有应用价值。     

基于多智能体强化学习的无人艇集群集结方法

为解决数量不定的同构水面无人艇(USV)集群以期望队形协同集结的问题,提出一种基于多智能体强化学习（MARL）的分布式集群集结控制方法。针对USV通信感知能力约束,建立集群的动态交互图,通过引入二维网格状态特征编码的方法,构建维度不变的智能体观测空间;采用集中式训练和分布式执行的多智能体近端策略优化(MAPPO)强化学习架构,分别设计策略网络和价值网络的状态空间和动作空间,定义收益函数;构建编队集结仿真环境,经过训练,所提方法能有效收敛。仿真结果表明：所提方法在不同期望队形、不同集群数量和部分智能体失效等场景中,均能成功实现快速集结,其灵活性和鲁棒性得到验证。     

太阳能飞机循环飞行的高度剖面能量策略

为满足设定的太阳能飞机多日连续飞行条件,依据飞行过程中当前时刻的飞行高度、光伏输出功率、动力电池组余量等系统状态参数,研究如何分配动力电池组充放电和电推进系统输入等功率。所用策略立足于实时功率平衡,充分利用正午前后的光伏峰值功率用于飞机爬升及充电,在午后下滑过程中利用全部光伏输出,以最大化利用光伏资源;在光伏有效输出不足时则以一定的维持功率下滑,使能量的综合损失最小。方法能够提高以预定夜间飞行高度连续多日续航的成功率,提升飞行高度、纬度、季节范围或搭载能力,或者拓展这几种飞行条件的组合域,优化太阳能飞机的适用性。     

1种新型燃油分配方案设计

针对航空发动机分级燃烧燃油分配的高精度、变比例需求,提出了1种基于主、副油路分路计量的新型燃油分配设计方案,并对该方案进行了理论分析以及仿真和试验验证。结果表明:该方案的燃油分配精度高,燃油分配比例调节灵活,可以满足发动机日益复杂的低污染设计和控制的需求;在主、副油路同时供油时,燃油分配最小比例与泵后压力负相关,与副油路喷嘴节流特性正相关。     

下缘板孔对涡轮叶片尾缘内冷通道流动换热影响的数值研究

涡轮叶片下缘板出气孔对内冷通道的流动和换热性能有较大影响。通过数值模拟方法研究下缘板出 气孔对尾缘和下缘板双路出气涡轮叶片尾缘内冷通道内的流动和换热特性,对比分析孔径、孔形和孔位置对尾 缘溢流孔流量系数、尾缘出流比、尾缘通道内总压系数和尾缘内冷腔壁面换热特性的影响。结果表明:下缘板 出气孔孔径对流量系数分布的影响显著,孔径增大,尾缘溢流孔流量系数下降,尾缘出流比减小,尾缘内冷通道 内压力损失降低,内冷腔平均换热系数增大;孔形对上游内冷通道内流动和换热几乎没有影响;孔位置变化对 内冷通道壁面整体的换热系数影响很小,对局部影响较大。     

四旋翼倾转飞行器操纵冗余设计

建立了四旋翼倾转飞行器旋翼、机翼、机身的非线性气动模型和飞行动力学模型,并在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型,根据仿真模型计算各个操纵面的操纵效率,确定了不同状态下各个通道需要用到的操纵方式,结合飞行动力学模型和操纵方式,在纵向通道上进行了全包线的配平计算,表明了操纵策略的可行性。     

多舱段航天器振动基频分配速算方法

多舱段航天器在研制阶段初期面临着如何分配各舱段基频以及确认基频分配方案是否满足运载火箭方要求的问题,但在这个阶段各舱段的设计尚未定型,建立航天器三维有限元模型缺少必要的输入且时间成本较高,无法满足设计迭代和优化的需求。文章采用多段杆模型模拟航天器的纵向振动特性,采用多段梁模型模拟航天器的横向振动特性,基于基频等效原则建立航天器舱段设计参数与梁杆模型参数的数学关系,分别推导多段杆和多段梁的振动频率方程,提出多舱段航天器振动基频分配速算方法。通过某月球探测器三维有限元模型模态分析数据和力学试验数据验证了该方法的有效性。所提出的方法可用于验证基频分配方案的正确性,并为开展设计优化提供了途径。