地月空间发展的若干工程与技术问题

针对地月空间发展的关键工程与技术问题,从地月空间运输、月球和小天体资源、月面机器人、地月空间经济圈等角度开展了研究。地月空间运输分为天地往返、地月转移和月面升降等阶段,需要根据不同阶段的环境特征发展不同的飞行器、运输方式和重复使用方案,并考虑地球空间站与载人月球探测的一体化设计。地球静止轨道是理想的地月空间工业园区,月球空间的真空、低重力、低温以及充足太阳能等条件为发展磁悬浮、太空电梯、天钩等电气化运输提供了便利;面对严酷的月面环境和稀缺的人力资源,月面机器人将发挥先导性和主力军作用,用于基础设施建设、航天员陪伴与辅助、人机协作等。地月空间发展不仅仅是载人登月,而是以建立地月空间经济圈为目标,促使国家利益从地面、海洋延伸至地月空间,推动太空产业从围绕地球向围绕地月空间发展,加速人类社会由地球文明向太阳系文明迈进。     

一种面向空间非合作目标的强化学习多臂协同俘获策略研究

针对空间非合作目标清除任务中的目标适应性以及俘获动作规划复杂性等问题,提出了一种基于强化学习方法并结合“多臂分组协同”机制的包络俘获策略。首先构建了多臂俘获机构的物理模型和运动学模型,之后利用SAC(soft actor-critic)算法并引入前演训练（PT）设计了强化学习控制器,接着基于“多臂分组协同”奖励机制设计奖励函数以训练得到最优俘获动作。为了验证俘获策略对单目标作业的高效性和对多目标作业的高适应性,对各种目标分别进行仿真实验。仿真结果表明：所得的俘获策略可以对多种构型的目标实现高效、高适应地俘获。     

碳基复合相变装置及在大热耗单机温控中的应用

碳基复合相变装置以高导热碳基复合相变材料为主要储能和导热载体,利用高导热膨胀石墨强化导热,运用相变材料的潜热实现热量的削峰填谷,可有效抑制短时大热耗单机的温升,减少单机非工作时段所需的补偿功耗,节省卫星的重量资源和功耗资源。主要介绍了一种高导热碳基复合相变装置,结合复合相变装置与卫星结构板优化的综合散热系统,用于解决星载短时工作的大热耗单机温度控制问题。通过理论计算与热仿真分析相结合,对复合相变装置进行了优化设计;通过开展专项试验对复合相变装置的热性能和空间环境适应性进行了充分验证;并在整星真空热平衡试验中,验证了复合相变装置对大热耗单机的温度控制效果。     

空间机械臂在轨维护任务规划与验证研究

随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施,航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务。为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率,需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证。航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程,涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容。以航天员舱外维护空间机械臂为背景,建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统,验证航天员可达性及维修过程可操作性分析,评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性,为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据。     

一种空间机器人用复杂末端执行装置的可靠性验证方法

对空间机器人用末端执行装置的功能展开分析,确定表征产品功能的可靠性特征参数和分布类型,提出一种可靠性试验验证方法。结合空间站机械臂末端执行器给出具体应用验证,包括产品分析、可靠性模型的建立、特征量和分布类型的确定、样本量的选取和故障判据等内容,为其他复杂空间产品的可靠性验证提供思路。该验证方法基于计量型可靠性试验的基本思路,通过极小的样本量完成产品的可靠性验证,大幅缩减研制经费,降低科研成本。     

基于时域光度探测的卫星频率特性反演研究

卫星的行为特性、意图判断、健康状态诊断等对于空间态势感知具有重要意义,而传统的探测手段无法确定在轨卫星是否正常运行。时域光度探测作为一种新型遥感探测技术,利用高速、低噪声的探测器对卫星机动调制的光学信号进行采样,解调后可反演卫星频率、振动等特性。文章针对低轨卫星目标,首先建立基于形态学滤波来抑制自然天体干扰的空间目标跟踪定位模型,获取目标时域光度信息,再采用频谱分析方法,获取目标频率特性与运行特征。结果表明,文章提出的时域光度探测技术,在卫星频率特性反演和卫星运行状态识别方面具有较好的应用前景。     

大口径非球面加工中最接近参考球面的精确计算

摆臂轮廓测量技术要求将摆臂精准的装调至待检测非球面的最接近参考球面上,需要精确确定非球面的最接近参考球半径及球心位置,而常规的近似法、精确公式法以及最小二乘法不能满足计算的精度和效率等要求。为了弥补现有算法的不足,文章介绍了一种分阶段逼近最接近参考球半径的计算方法,该算法在最小二乘法的基础上,通过精确线搜索技术以及牛顿迭代法,实现了最接近参考球半径求解的高精度、高效率,并且应用于大口径非球面计算时迭代效率有了较大提高。计算实例结果显示,该算法满足摆臂测量时大口径非球面的最接近参考球半径的求解要求。     

微小卫星高分辨率相机CCD焦面组件热控制

为了保证微小卫星高分辨率遥感器相机的成像品质,需控制焦面组件的温度水平及温度稳定性,特别是焦面CCD光学探测器件的温度控制。首先提出以相变储能与超低刚度柔性导热索相结合的焦面组件精密热控方法,对相变储能装置与石墨柔性导热索的设计及参数选取进行详细介绍;然后,建立焦面组件的热仿真模型并进行温度计算;最后,在真空环境下进行了热试验。计算与试验结果表明,焦面CCD器件长期温度为15～18.5℃,工作温升速率为0.33℃/min,具有良好的温度水平与温度稳定性;热控补偿功率≤4.8 W,约为焦面组件发热功率的1/10,可节省卫星能源消耗,验证了焦面组件热控制方法的正确性。     

基于双时相遥感影像差异信息的深度学习滑坡检测

目前利用高分辨率卫星影像进行滑坡等地质灾害识别逐渐成为研究热点,滑坡目视解译依赖于解译人员的经验,耗时费力且提取精度低,而传统的滑坡自动识别方法易将滑坡和道路、裸地、建筑等多种具有相似光谱信息的地物混淆。针对以上问题,文章使用一种双时相高分辨率卫星影像差异信息的深度学习滑坡检测算法,获取时序影像各个波段和归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）的差异影像作为深度学习的输入特征。为充分挖掘滑坡前后影像多种信息差异特征,采用了U-net网络模型耦合空洞空间金字塔池化和嵌入注意力机制模块相结合进行滑坡特征提取的方法,该方法增强了滑坡边界信息的保存,能够有效地提取滑坡边界信息和发生剧烈变化的区域。利用上述方法对恩施市和九寨沟进行了滑坡检测,实验结果显示,所取得的综合评价指标值（F1-Score）分别为88.4%和90.53%,误差较小、精度较高。表明该方法能够准确检测出高分卫星数据的滑坡边界,且能保持滑坡的完整性。     

自润滑基础运动部件模拟空间环境试验装置研究进展

为评价自润滑基础运动部件在空间环境下的服役状态,指导优化润滑方案设计,需要具备模拟空间环境试验装置以及相应的摩擦磨损性能测试手段。文章分别以涂层型/衬垫型自润滑轴承和涂层型自润滑齿轮为典型对象,介绍了面向空间装备应用的自润滑基础运动部件模拟空间环境试验装置的研究进展;之后分析展望了该领域的研究趋势。