Modeling and experimental validation of sawing based lander anchoring and sampling methods for asteroid exploration

This paper presents a novel lander anchoring system based on sawing method for asteroid exploration. The system is composed of three robotic arms, three cutting discs, and a control system. The discs mounted at the end of the arms are able to penetrate into the rock surface of asteroids. After the discs cut into the rock surface, the self-locking function of the arms provides forces to fix the lander on the surface. Modeling, trajectory planning, simulations, mechanism design, and prototype fabrication of the anchoring system are discussed, respectively. The performances of the system are tested on different kinds of rocks, at different sawing angles, locations, and speeds. Results show that the system can cut 15?mm deep into granite rock in 180?s at sawing angle of 60°, with the average power of 58.41?W, and the “weight on bit” (WOB) of 8.637?N. The 7.8?kg anchoring system is capable of providing omni-directional anchoring forces, at least 225?N normal and 157?N tangent to the surface of the rock. The system has the advantages of low-weight, low energy consumption and balance forces, high anchoring efficiency and reliability, and could enable the lander to move and sample or assist astronauts and robots in walking and sampling on asteroids.     

改进BA优化的MKSVDD航空发动机工作状态识别

为了提高航空发动机工作状态识别准确率和效率,避免人工识别中存在的误判和耗时耗力问题,提出了基于混沌脉冲蝙蝠算法（CRBA）优化的多核支持向量数据描述（CRBA-MKSVDD）智能识别方法。研究了多核支持向量数据描述（MKSVDD）改进策略,引入混沌脉冲发射率提高了蝙蝠算法（BA）的收敛速度和收敛精度,得到了CRBA;通过CRBA优化MKSVDD的惩罚因子和核参数,同时对飞参数据进行了特征提取;基于特征飞参数据训练了CRBA-MKSVDD分类器,并对某型发动机一个飞行架次的工作状态进行了识别。结果表明,该方法识别准确率达到97.547 9%,可用于与发动机工作状态的相关研究和应用。      

载人深空探测活动中的尿液处理回收技术分析

生物再生生命保障系统(Bioregenerative Life Support System,BLSS)是人类进行深空探测活动,实现长期载人空间飞行必需的关键技术,对于太空的探索开发具有重要意义。在BLSS系统内,航天员尿液废水的处理回收是非常重要的一部分。将尿液中所含有的大量的水分和丰富的营养物质回收用于系统内植物生长所需营养液的配制,既可以保证植物的正常生长,也有助于实现系统内物质的循环利用进而提高BLSS的闭合度。尿液中所含的大量盐分会威胁植物生长,所以需通过一定的技术手段处理尿液废水并回收其中的水分和营养。为了探索适用于BLSS中的尿液处理回收技术,首先分析了几种面向空间站应用的尿液处理技术,如蒸馏技术等;然后基于回收营养物质的需求,分析了面向民用的、发展较为成熟的尿液处理回收技术,如离子交换吸附技术、氨气吹脱技术和鸟粪石沉淀技术,并讨论了这些尿液处理回收技术在BLSS中的应用前景。最后基于BLSS的实际需求,提出了有望用于BLSS中的尿液处理回收技术流程。     

基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划

为了使太空机械臂在关节锁定故障后仍能继续完成后续任务,提出一种基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划方法。基于牛顿-拉夫逊法计算太空机械臂关节人为限位,完成满足任务需求的退化工作空间求解,通过构造姿态可达度指标,在退化工作空间的基础上建立故障机械臂基坐标系下的位姿可达空间。通过在代价函数中增加最小奇异值代价项改进传统A^*算法,基于改进A^*算法在所建立的位姿可达空间内完成太空机械臂容错路径规划。所提方法综合了位姿可达空间与改进A^*算法各自的优势,实现了关节锁定故障太空机械臂同时满足避奇异与位姿可达要求的轨迹搜索。通过建立7自由度太空机械臂运动学模型开展数值仿真研究,仿真结果验证了所提容错路径规划方法的有效性。     

太空环境下电子束原位制造技术

美国国家航空航天局（NASA）载人探索计划的提出给载人登月和载人火星等带来了机会和风险,NASA的工程师和科学家正在开展在月球或火星表面利用当地提炼的材料进行原位制造工艺技术的研究。首先,介绍了太空原位制造和修复（ISFR）技术的概念和特点,结合该技术的发展背景,介绍了电子束原位制造技术的概念、特点以及在太空环境下应用的优势和潜力。然后,根据所用原材料和成形工艺原理的不同,电子束原位制造技术又分为电子束熔融（EBM）和电子束自由成形制造（EBF³）技术两个分支,分别介绍了这两个分支技术的概念、原理、特点以及采用该技术研制出的零件的性能,结合硬件设备的情况介绍了在太空环境下应用的适用性,同时也详细介绍了NASA利用兰利研究中心的C-9抛物线飞行试验系统进行电子束原位制造微重力试验的研究成果、试验数据和未来的发展趋势。最后,结合中国未来空间事业发展的需要,提出了关于发展太空环境下电子束原位制造技术的设想与建议。     

基于改进控制策略与动态无功支撑相结合的高电压穿越方法研究

针对双馈风力发电机高电压穿越问题,利用Laplace变换对电网电压骤升时电磁暂态过渡过程进行分析,得出定子电流不仅含有直流分量,还包含有工频交流成分,并通过仿真频谱验证了理论分析的正确性。不同于常规研究中只在转子电压方程考虑定子磁链的动态变化,而忽略了其对功率外环的影响,分析了定子磁链动态变化对有功、无功解耦的影响,在此基础上对功率外环进行传统矢量控制策略的改进。此外,考虑并网规范对机组无功电流支撑的要求,控制换流器输出与电网电压骤升幅度相匹配的无功电流,帮助故障电网快速恢复。仿真结果表明,该方案不仅能够保证电网电压骤升时双馈机组不脱网运行,而且也满足并网规范对机组无功电流输出的要求,实现高电压穿越。     

基于有向图模型的民机航空电子系统故障诊断

结合民机航电系统外场可更换单元或模块（LRU/LRM）的故障模式及影响分析（FMEA）、故障树 分析和实时性要求,设计了基于时间故障传播图（TFPG）的系统故障诊断元模型和领域模型,研究了基于逻 辑和时间一致性检验的故障诊断算法,使用后向推理和可信度度量列出候选故障集。以飞行管理系统为例,构 造了其功能失效的TFPG 模型,并通过仿真验证了基于TFPG 的诊断在滤除级联效应和关联驾驶舱效应中的有 效性。     

针对星载 SA R的散射式干扰应用研究

针对星载SAR的特点,简述了散射波干扰的干扰原理,并针对其工程实现中的几个关键问题进行了分析。最后针对典型星载SAR进行了干扰验证试验,给出了试验结果,证明了该样式的有效性。     

高空环境下喷嘴参数对航空活塞发动机燃烧与性能的影响

以一台四缸四冲程压燃式航空煤油活塞发动机为研究机型,运用工程系统高级建模和仿真平台软件(AMESim)仿真软件建立了发动机的整机模型,并使用台架实验的采集数据对该仿真模型进行了验证。在高空环境中,仿真分析了飞行器起飞工况、最大巡航工况下发动机喷油器的不同喷孔数、孔径对发动机燃烧过程、性能和NOx排放特性的影响。计算结果表明:稳态工况下,随着喷孔数的增加,最高燃烧压力和温度增加,瞬时放热率增长速度快且峰值上升;同时,缸内预混燃烧得到强化,燃烧始点提前,滞燃期和燃烧持续期缩短,燃烧重心前移,循环热效率增高,但同时会提高NOx的生成量;在飞行器瞬态变海拔的起飞工况下,多喷孔数、小孔径的喷油嘴有利于航空活塞发动机在高空环境下恢复发动机功率,提升飞行器的动力性和续航性能。      

Civil unmanned aircraft system operation in national airspace: A survey from Air Navigation Service Provider perspective

Unmanned Aircraft Systems (UASs) have advanced technologically and surged exponentially over recent years. Currently, due to safety concerns, most civil operations of UAS are conducted in low-level uncontrolled area or in segregated controlled airspace. As the industry progresses, both operational and technological capabilities have matured to the point where UASs are expected to gain greater freedom of access to both controlled and uncontrolled airspace. Extensive technical and regulatory surveys have been conducted to enable the expanded operations. However, most surveys are derived from the perspective of UAS own operating mechanism and barely consider interactions of their non-segregated activities with the Air Traffic Management (ATM) system. Hence, to fill the gap, this paper presents a survey conducted from the perspective of Air Navigation Service Provider (ANSP), which serves to accommodate these new entrants to the overall national airspace while continuing flight safety and efficiency. The primary objectives of this paper are to: (A) describe what typical ANSP-supplied UAS Traffic Management (UTM) architecture is required to facilitate all types of civil UAS operations; (B) identify three major ANSP considerations on how UAS can be accommodated safely in civil airspace; (C) outline future directions and challenges related with UAS operations for the ANSP.