升力式火星探测器进入轨迹优化设计仿真

针对升力式火星探测器在其完成星际转移轨道之后,由预定进入点开始反冲制动改变运行轨道进入火星大气,设计并仿真了进入段的轨迹优化。根据火星的大气密度及引力场参数,建立相应的火星大气模型及引力场模型,确定了升力式火星探测器的运动方程。在满足进入过程的约束条件下,采用遗传算法对进入轨道进行优化设计,提出不同的推力发动机制动方案并进行分析比较。结果表明,采用推力方案二能够实现性能指标最优,并求得着陆速度为136m/s,最终实现了探测器在火星表面的软着陆。     

2014年世界空间探测回顾

<正>2014年的世界空间探测活动呈现出蓬勃发展的局面。飞行了10年的欧洲航天局(ESA)"罗塞塔"(Rosetta)于2014年8月进入预定的67P/丘尤穆夫-杰拉西门克彗星(67P/Churyumov-Gerasimenko,简称67P彗星)轨道,于11月在世界上首次向该彗星的彗核释放了着陆器"菲莱"(Philae),并发回重要数据,产生了巨大影响。美国"火星大气与挥发物演变"(MAVEN)探测器和印度首个火星探测器"曼加里安"(Mangalyaan)于9月先后进入火星轨道,创造了多个首次。我国在10月成功发射了探月工程三期再入返回飞行试验器(简称试验     

火星大气模型参数对MSL气动特性的影响

火星大气与地球大气截然不同,飞行器在进入火星时气动特性不同于地球再入. 大气模型的差异主要表现为气体组份、密度和温度等物理参数. 针对火星进入器MSL在进入-下降-着陆过程中的高超声速进入段,利用三维并行程序求解耦合真实气体模型的流体动力学Navier-Stokes方程,分析MSL进入火星大气时大气模型参数对进入器气动特性的影响. 结果表明,通过与海盗号飞行数据的对比,验证了所采用的火星气体模型和计算方法,且其与NASA的 LAURA代码气动特性计算结果也较为一致;大气模型气体性质,即CO₂环境对进入器阻力系数和俯仰力矩系数影响较大,利用空气得到的计算和实验数据必须考虑CO₂效应;密度增大促进了化学非平衡效应,但对进入器气动特性基本没有影响;温度升高大大增强了化学非平衡效应,而对进入器气动特性影响较小.      

火星大气环境模拟装置设计及仿真分析研究

对火星表面大气环境特性进行了研究,通过选取合适的计算方法并结合FLUENT流体有限元计算软件对火星表面稀薄气体内部环流进行了模拟仿真分析,提出了以动量源模拟风扇段内流的仿真方法,并进行了可行性讨论。进一步实现了针对圆柱形模拟装置多工况下的内部气体流场稳态和非稳态计算仿真,并对计算结果进行了分析讨论,为火星大气环境模拟装置的设计提供了技术支持和参考。     

一种提高空间实验室定轨精度的方法

以近地航天器轨道动力学为基础,建立变阻力系数大气摄动模型,设计了求解变阻力系数的算法。然后利用天宫一号飞行器的测轨数据进行计算,分析了空间实验室飞行高度的轨道特性,其中包括：大气模式密度误差、变阻力系数与空间环境关系、定轨残差和星历误差。在空间环境平静和磁暴的条件下,制定了多种求解变阻力系数的策略,解决了空间实验室长弧段定轨精度受限的问题,并在空间环境平静条件下实现了优于10米的定轨精度,在磁暴条件下实现了优于20米的定轨精度。     

在轨航天器地气光环境分析

为得出定量化的遥感观测地气光环境数据,建立了简化的航天器地气光分布计算模型,首先将航天器及其各类运行轨道归纳到统一的照明模式中,地气光的分布主要考察航天器轨道面与地球晨昏面的夹角,然后考察航天器在每轨中的具体相位,以建立照度的几何传递关系;随后考察太阳辐照经地表后,最终到达航天器遥感观测载荷的光照度.计算结果能反映地气光在载荷观测方向2π半球视场内的分布情况,根据分布随空间变化的具体量级,对不同的离轴角进行照度积分,可转化为对观测仪器的地气光抑制能力要求.      

大气数据自动测控系统设计

阐述了大气数据自动测控系统的硬件和软件设计方法,介绍了该系统的硬件和软件结构及关键技术,分析了系统的特点和功能的实现。可对各种飞行器、导弹全／静压系统以及各种大气参数仪表、显示器和传感器进行测试和校验。该系统测试精度和智能化程度高,具有较高的军事和经济效益。     

高空长航时无人机高精度自主定位方法

针对传统基于轨道动力学模型及非线性滤波进行间接敏感地平天文导航定位方法在实际应用中的局限性,提出了一种适用于高空长航时无人机自主导航定位的快速间接敏感地平天文解析定位新方法。分析了星光折射视高度天文量测的机理,导出天文三维定位的解析表达式,详细阐述了利用最小二乘微分校正法代替非线性滤波的天文定位方法,通过直接求解非线性量测方程组即可得到飞行器的精确位置信息,并对这种定位方法的定位精度进行了理论分析。该天文定位方法利用了星光折射间接敏感地平精度高的特点,又不需要飞行器动力学模型也不需要任何先验知识,算法简单可靠,计算量小,而定位精度与传统方法相当。最后,通过计算机仿真,验证了这种天文定位方法的有效性。     

硬质落球大气探测技术

为拓展大气探测高度范围,开展了硬质落球大气探测技术研究.以7inch硬质落球为例,开展了弹道仿真计算,进一步利用参考大气数据推算了落球可能承受的气动阻力加速度,显现出对加速度测量准确性的高要求;分析了杆臂效应引入的附加加速度及其对加速度测量结果的干扰程度;讨论了几种典型的阻力系数计算方法及其计算偏差状况;考虑了可能的电磁兼容风险及小型化设计与制造的必要性.基于落球工作机理与上述关键技术、特性的分析与研究,完成了一种硬质落球设计,确定了运动参数的测量方法、杆臂效应的抑制措施,明确了落球总体性能指标.通过演示验证飞行试验实测数据与仿真数据的对比分析,证明了技术方案的可行性、合理性、实际测量结果与预期的符合性.      

NASA遴选国际空间站空间天气任务载荷

NASA网站2019年2月26日报道,NASA为太阳物理探索者计划(Heliophysics Explorers Program)遴选出一项新任务——大气波动实验(AWE),将重点研究地球高层大气中的气辉现象,首次获取空间天气驱动因素的全球观测数据,并帮助了解和最终预测地球周围庞大的空间天气系统。AWE由犹他州立大学的Michael Taylor担任首席科学家,NASA戈达德航天飞行中心(GSFC)探索者计划(Explorer program)办公室负责管理。