嫦娥工程技术发展路线

月球是距离地球最近的天体,以其独特的空间位置、广阔的科学探索前景,成为人类地外天体探测和资源利用的首选目标和持续选择。简要总结世界各主要航天大国的探月发展历程和后续计划,详细介绍了我国探月工程(嫦娥工程)"绕""落""回"三步走的发展思路和技术路线,分析了后续的发展方向,提出了2030年前月球机器人科研站任务设想。     

基于分层置信规则库的惯导系统性能评估方法

为解决惯导系统（INS）性能评估所面临的高价值样本缺失、评估指标多、系统复杂等问题,提出一种基于分层置信规则库（Hierarchical BRB）的惯导系统性能评估方法。将专家知识与监测数据进行有效融合,提高了惯导系统的性能评估精度。首先,针对惯导系统结构构建分层BRB模型,同时将系统内部器件产生组合误差考虑在模型中。其次,为降低专家知识不确定性对初始模型评估精度的影响,采用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略（P-CMA-ES）构建优化模型,通过监测数据对模型参数进行微调。最后,以某型捷联惯导系统的性能评估为例,验证了所提方法的有效性。     

载人空间站空间科学应用研究

对苏/俄“礼炮号”系列空间实验室/空间站、和平号空间站、美国天空实验室、欧洲空间实验室和国际空间站上开展的空间科学应用情况进行了论述和分析,并重点对空间科学应用实验设备所需的安装空间资源进行了详细分析。同时结合我国科学发展需求,借鉴国外空间站空间科学应用开展情况,提出了将来我国空间站开展空间科学应用应优先发展的方向和需要解决的问题,并给出了我国空间站实验支持结构设计的建议。     

星载遥感CCD相机高性能时序发生器的研制

文章介绍了星载遥感CCD相机高性能时序发生器的研制过程。根据TDICCD驱动时序信号的特点,采用先进的EDA工具（包括Libero IDE、Synplify Pro、Modersim等）对时序发生器进行了设计、综合、仿真。研究了反熔丝现场门阵列（Field Programmable Gate Aarray,FPGA）器件自身结构的特点,在自动布局布线的基础上采用人工干预的方法对局部寄存器和逻辑门进行了合理布局布线,优化输出I/O时序,使得驱动CCD的水平转移信号之间偏斜最小,并精确调整了水平转移信号的相位关系,从而提高了CCD模拟信号的精度,使时序发生器达到最佳性能,同时缩短了研制周期、降低了成本。     

典型阻尼结构正弦振动响应模型修正方法

直接基于正弦响应数据的模型修正研究较少,发展基于正弦振动试验数据的模型修正方法对航天工程实际中有限元建模水平的提高具有重要意义。基于正弦振动响应数据的模型修正关键在于修正后曲线特征频率及其响应幅值的一致性。文章对基础激励下结构响应分析方法进行了推导,在此基础上用两步修正方法实现了分析模型与试验模型特征频率和响应峰值的匹配,最后采用国际通用算例GARTEUR桁架模型对两步修正方法进行了验证。结果表明,经两步修正后分析模型基频与试验模型一致,且前10阶频率误差低于0.15%,典型节点响应峰值误差低于1%。     

空间太阳能电站地球同步拉普拉斯轨道动力学特性

现有关于空间太阳能电站(SpaceSolarPowerStation,SSPS)轨道动力学的研究中,均将其放置于地球静止轨道（GeostationaryOrbit,GEO〖BF〗）,然而这并非最优的工作轨道。文章提出了一种优于ＧＥＯ的地球同步拉普拉斯（GeosynchronousLaplacePlane,GLP）轨道。首先,建立了轨道运动模型及影响轨道运动的摄动模型,包括地球非球形引力摄动、日月引力摄动、太阳光压力摄动及微波反冲力摄动;然后,提出了评估空间太阳能电站轨道的3个指标：接收功率、轨道适用性和安全性,并据此分析了GLP轨道相对于ＧＥＯ的优势。最后,给出了数值仿真算例。结果表明：在发电功率大致相同且满足供电需求的情况下,工作在GLP上的SSPS每年大约能节省用于轨道保持的燃料364534kg。     

SSPS太阳能收集系统研究现状及发展趋势

为研究太阳能收集系统在未来空间太阳能电站(SSPS)中的发展和应用,对比和分析国内外典型系统设计方案的结构特点、光收集特性及优、缺点,展望空间太阳能电站太阳能收集系统的发展趋势,并提出对新材料、新结构、新技术、新理论和新方法的发展和应用需求。     

变锥角SGCMG系统的奇异躲避路径规划策略

将锥体上五个单框架控制力矩陀螺（SGCMG）框架轴与底面的锥角视为姿态机动任务前的调整变量,建立了锥角可调的五棱锥构型SGCMG模型。通过锥角可调SGCMG系统的复杂奇异性分析,推导了陀螺奇异测度对时间的导数与陀螺框架角速度的关系,进而提出考虑奇异躲避的路径规划策略。基于Gauss伪谱法的路径规划结果表明：锥角可调的五棱锥构型SGCMG系统可有效提高特定机动方向的控制能力,显著减少空间站姿态机动所需时间;所提出的考虑奇异躲避的路径规划策略可有效避免陀螺奇异。     

基于极点配置的空间站角动量管理

针对惯性系下引力梯度力矩及其他干扰力矩引起控制力矩陀螺（CMG）角动量积累的问题,采用引力梯度力矩来平衡姿态,设计了基于极点配置的空间站角动量管理控制器。首先在惯性系下建立了空间站线性化模型,并分析了俯仰轴方向在惯性系角动量管理的不可行性。由此,将俯仰轴与滚动/偏航轴解耦,不约束俯仰轴方向的CMG角动量,将常值、1倍和2倍于轨道频率的扰动纳入状态方程以抑制其对俯仰轴姿态的影响。在滚动/偏航轴方向将常值扰动纳入状态方程中以抑制其对CMG角动量的影响;将1倍、2倍于轨道频率的扰动纳入到状态方程中以抑制其对姿态的影响。然后采用带极点配置的线性二次型（LQR）算法求解出反馈增益矩阵,该算法可以避免选取权重矩阵,并且根据系统性能要求即能将闭环极点配置到复平面虚轴左侧指定的区域。最后仿真结果验证了该算法的可行性。      

空间机器人研究进展及技术挑战

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一,在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先,回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状,以及已成功在轨应用月面机器人和火星机器人两类星表机器人系统的应用现状。其次,针对空间机器人后续日益复杂的任务需求,探讨了空间机器人在机构构型、关节驱动、末端操作、感知认知、行走移动、动力学与控制等方面面临的技术挑战。然后,论述了空间机器人在多臂、超冗余、柔性化、可重构、仿生等新型机构构型方面的探索,介绍了空间机器人主动、被动柔顺关节方面的研究进展,论述了空间机器人末端执行器在专用化工具及通用化多指灵巧手两个方向的研究进展,总结了星表机器人在新型移动机构构型、高自主导航方面的研究进展,介绍了空间机器人在多传感器集成融合、力与触觉感知方面的研究进展,论述了空间机器人在多臂协调控制、柔顺控制、漂浮基座抓捕动力学控制等方面的研究进展。最后,展望了空间机器人在空间目标抓捕与移除、高价值飞行器在轨服务与维修、空间大型构件在轨组装及星球科学探测等方面的应用前景。