空间冗余机械臂零反作用最优路径规划

自由漂浮空间机械臂运动通过力传递会对其载体航天器产生反作用力和力矩,从而影响基座和末端执行器的位置与方向。利用冗余机械臂的反作用零空间,求解对基座航天器姿态零干扰的机械臂运动规律的解析解。给定机械臂初始和终端状态,考虑最大关节角约束和最大关节角加速度约束,分别针对时间最优和沿整个运动路径关节加速度最小的问题,采用高斯伪谱法,在零反作用轨迹解集中寻找满足约束方程的最优解。所得最优解使得机械臂在达到期望构型的同时不影响基座姿态。将算法用于平面3自由度冗余机械臂系统中,仿真结果表明:算法在保证基座姿态稳定的同时,关节运动满足给定的约束条件,从而验证了算法的有效性。     

空间机械臂辅助深层采样阻抗控制策略

针对空间机械臂辅助深层采样任务中的建模与控制问题,基于刚体李群SO(3)方法对机械臂进行建模。通过梯形规划对机械臂进行轨迹规划,采用阻抗控制方法控制机械臂运动。推导了李群SO(3)模型下机械臂关节空间与末端笛卡尔空间之间的雅可比矩阵,并且得到了两个空间的相互转换关系。采用锥互补方法计算采样机械臂与复杂接触面的碰撞力,并基于非光滑算法求解锥互补条件与系统动力学方程。通过对比位置控制与阻抗控制,证明了阻抗控制在实际应用过程中能够更加柔顺地控制机械臂与接触面进行接触。通过对控制参数进行调整,探究了不同控制参数对机械臂控制的影响,优化得到了合适的控制参数,从而能控制机械臂辅助完成深层采样的任务。     

加拿大对国际空间站的贡献

加拿大对太空机械臂情有独钟,航天飞机上的机械臂就是加拿大研制的。在国际空间站工程中,加拿大当仁不让地为国际空间站提供了1个移动服务系统及有关地面设备。该系统包括世界最大的巨型遥控机械臂、移动基座系统和专用灵巧机械手,可把实验设备和有效载荷移进和移出增压舱,以及在暴露设施上移动和定位有效载荷。     

基于金星探测机械展开式进入飞行器技术述评

传统的金星进入飞行器存在弹道系数高、热流密度高、过载大等缺点,对热防护系统和设备的要求比较严苛。针对金星探测的任务需求,美国提出了一种基于机械展开式结构的金星进入飞行器,该飞行器发射时处于折叠状态,进入时展开形成较大的气动面,可以显著地降低弹道系数、热流密度、过载等。文章介绍了该飞行器的结构组成和展开过程,对机械展开式进入飞行器的研究现状进行了介绍,重点对比了机械展开式进入飞行器与传统形式的不同,通过对构型、工作流程、效果的对比,可以看出机械展开式进入飞行器在金星探测上具有很大的优越性,最后对其优势进行了总结,并提出了未来需要研究的问题。     

高速摄像技术在火箭橇头罩分离试验中的应用

火箭橇头罩分离试验中,需要采集头罩分离前后的高速图像。由于火工品爆炸时间短,振动与冲击环境恶劣,普通摄像设备难以满足要求。文章介绍了一种小型化、低功耗、能够适应强振动与冲击环境的高速摄像系统,该系统由具有Camera Link接口的工业相机、图像采编单元和数据存储单元组成,图像采编单元对工业相机图像数据进行编码,并通过LVDS接口传输至数据存储单元;数据存储单元使用FPGA控制SATA接口固态硬盘实现无损图像数据的实时存储。通过减振和自动调光设计,此系统能够适应强振动与冲击环境,并能自动快速适应各种光照环境,已成功应用在某火箭橇头罩分离试验中,实现了分辨率为800×600、帧率为120帧/s的连续图像存储,存储时间不低于30 min,存储的图像数据完整可靠。     

视觉测量误差对空间机械臂捕获目标卫星控制精度的影响分析

空间机械臂通过视觉伺服测量其末端与目标卫星之间的相对位置和姿态信息,以此规划和控制关节运动轨迹,完成捕获操作。文章分析了视觉测量误差对空间机械臂捕获目标卫星控制精度的影响。首先,建立视觉伺服系统的测量误差模型。然后,根据目标卫星捕获控制算法推导了测量误差到单步和最终控制误差的传递模型。最后,通过工程算例仿真,计算分析了不同测量误差对应的相对位置、姿态、线速度和角速度的控制精度,给出了指定控制精度所允许的最大测量误差范围。文章研究结果可为空间机械臂的测量和控制精度指标设计提供参考。     

“星座”计划航天服方案和飞船接口

在实施美国航空航天局未来空间探索远景计划时,将要面对大量各种各样的有害环境因素,乘员需要穿着防护性航天服。特别确定了4个需要穿着航天服的任务阶段,分别是发射、入轨和故障应急飞行、零重力（轨道）应急舱外活动、月面舱外活动和火星表面舱外活动。本研究之前进行了体系结构评估,确定了4种备选航天服构造方案的使用需求,本研究以此为基础提供了概念性设计方案。另外,还定义了用于实现航天服和各种“星座”飞船脐带和物理连接的飞船接口要求的子系统,总结了最终的设计服装及部件概念和飞船接口定义。这项工作是在科罗拉多大学2006年秋季学期开展的,是该校研究生的航空航天工程设计课程的一部分。     

热防护中的粒状剥蚀问题研究

粒状剥蚀是机械剥蚀的主要形式之一,对纤维复合材料的热防护性能有重要影响。通过理论分析得到了烧蚀达到稳定状态时纤维形状的表达式,在此基础上建立了粒状剥蚀问题的力学分析模型。通过受力分析,采用莫尔破坏准则建立了判断纤维复合材料是否发生粒状剥蚀的条件。根据判别条件,材料纤维和基体的性能差异、外流场速度以及纤维尺寸都将显著地影响纤维复合材料的剥蚀性能。     

RBCC亚燃模态点火及火焰稳定研究(英文)

在直联式燃烧试验台上进行了基于机械壅塞的RBCC亚燃模态点火及火焰稳定研究,试验模拟飞行马赫数为2.5,采用扩张型双模态燃烧室和多级JP-10喷注方式。在主火箭工作的情况下,借助发动机出口机械壅塞的方式实现了点火和火焰稳定。同时发现火焰稳定与乙烯引导火焰无关,出口堵塞比是燃烧室压力提升的一个重要影响因素。研究工作为实现基于热力喉道的RBCC亚燃模态稳定高效燃烧提供了良好的基础。     

国际空间站舱外活动环境的无线视频系统

无线视频系统（WVS）支持国际空间站（ISS）的装配，它可实时地向航天飞机轨道器（SSO）和飞行任务控制中心（MCC）提供航天员舱外活动（EVA）的视频监督信息。功能模块图解如图1所示，图里包括乘员舱、载荷平台以及舱外机动装置射频（RF）摄相机组件（ERCA）。乘员舱组件提供系统性能的控制和监测，此组件包括两个独立的部分，一个是由乘员使用的面板接口（无线视频接口盒-WIB），