Excavation of artificial caverns inside asteroids by leveraging rotational self-energy

Future space ventures will likely require exploitation of near-Earth asteroid resources. Moreover, it can be envisaged that asteroids may host habitats in their interiors. In fact, a cavern inside an asteroid would be a natural radiation shield against cosmic radiation and may also serve as a confined environment for storage of mined material such as water ice or other processed volatiles such as propellants. To this end, this paper proposes to leverage the asteroid rotational self-energy to remove material from the asteroid interiors and create a spherical cavern, by means of the orbital siphon concept. The siphon is a chain of tether-connected payload masses (the asteroid material), which exploits the rotation of the asteroid for the delivery of mass from the asteroid to escape. Under certain conditions the siphon can be initiated to ensure self-sustained flow of mass from the asteroid to escape. A net orbital siphon effect is generated by connecting new payloads at the bottom of the chain while releasing the upper payloads. Key parameters are discussed, such as the required siphon dimension and the maximum size of the internal cavity that can be excavated, as a function of the asteroid rotational period. Moreover, assuming elastic material behaviour, a closed-form expression for the stress tensor is found and a failure criterion is used to identify regions in the asteroid interiors subjected to the larger stresses. It is shown that the conditions for failure are relaxed as the radius of the internal void increases.     

Orbital stability close to asteroid 624 Hektor using the polyhedral model

We investigate the orbital stability close to the unique L4-point Jupiter binary Trojan asteroid 624 Hektor. The gravitational potential of 624 Hektor is calculated using the polyhedron model with observational data of 2038 faces and 1021 vertexes. Previous studies have presented three different density values for 624 Hektor. The equilibrium points in the gravitational potential of 624 Hektor with different density values have been studied in detail. There are five equilibrium points in the gravitational potential of 624 Hektor no matter the density value. The positions, Jacobian, eigenvalues, topological cases, stability, as well as the Hessian matrix of the equilibrium points are investigated. For the three different density values the number, topological cases, and the stability of the equilibrium points with different density values are the same. However, the positions of the equilibrium points vary with the density value of the asteroid 624 Hektor. The outer equilibrium points move away from the asteroid’s mass center when the density increases, and the inner equilibrium point moves close to the asteroid’s mass center when the density increases. There exist unstable periodic orbits near the surface of 624 Hektor. We calculated an orbit near the primary’s equatorial plane of this binary Trojan asteroid; the results indicate that the orbit remains stable after 28.8375?d.     

多臂空间机器人的视觉伺服与协调控制

针对多臂空间机器人自主目标抓捕任务，首先建立多臂空间机器人的运动模型和其与目标的相对运动模型，采用Kane方法建立多臂空间机器人的动力学模型；其次，研究基于视觉伺服的机械臂在线轨迹规划算法，并引入零反作用机动，消除机械臂运动对平台姿态的扰动；再次，在不使用零反作用机动功能时，分别使用基于角动量前馈补偿的协调控制算法和逆动力学方法设计了协调控制器，在机械臂运动时保持平台姿态和相对目标的位置。最后，开发了基于Matlab的仿真软件MASS（多臂空间机器人仿真），仿真结果校验了上述方法的有效性。     

微重力科学与应用研究（上）

空间微重力环境的独特物理现象对航天器各系统均产生无法回避的影响，在型号研制中正确计入微重力效应是航天事业发展中的一个重要研究领域。在现阶段，航天器发动机再启动相关的微重力研究以及载人航天防火安全相关的微重力研究应当引起人们的高度重视。随航天事业的发展，微重力效应问题日益会严重起来（结构动力学、耦合动力学、多相流温控、低重星球场着陆撞击……），进行深入广泛的微重力效应研究对保证航天器飞行任务完成有着不应忽视的作用     

空天飞机的计算流体力学分析

本文分析了空天飞机空气动力学的特点和计算流体力学在发展空天飞机中的作用,讨论了发展空天飞机对计算流体力学的要求。强调了计算流体力学、地面试验和飞行试验应该相互结合成一个整体。在这基础上,探讨了利用地面试验对计算程序进行“确认”、“校准”和“鉴定”以及鉴定计算程序对地面试验的要求。本文还从计算方法、外流、进气道流动、喷管流动、燃烧室流动等方面,综述了空天飞机计算流体力学分析的最近进展和尚待解决的问题。最后对发展我国空天飞机计算流体力学提出了建议。     

卫星脉冲推力最优逃逸返回轨迹的非线性规划

重点研究了卫星通过轨道机动逃避碰撞、拦截并经一段时间后返回原轨道的逃逸方式。利用非线性规划理论建立了脉冲推力能量最省的逃逸轨迹规划模型，并考虑非球形摄动的影响对模型进行了修正。通过仿真验证了模型的正确性及求解的可行性，并分析了非球形摄动因素对逃逸过程的影响。     

编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计

编队飞行卫星群由一些相对距离近的小卫星组成,在严格的条件下,若干颗伴随卫星环绕一颗中心卫星作相对运动,相对轨道为特别性质的椭圆,本文研究了编队飞行卫星群的轨道动力学特性,提出了编队飞行的轨道构形设计的原则和方法。     

四喷管射流流场的数值模拟及分析

本文分析了ENO格式的特点，并应用于全NS方程的迁移项和压力项，模拟了三维射流，首先计算了四喷管射流干扰流场，给出了相应的计算结果，指出了其四股射流外部有形成类似一股射流波系的趋势，而内部四股射流始终存在并相互作用，且伴随流对内部干扰流场有重要影响；然后计算了四股射流流入圆管内的流场，给出了壁面和截面物理量的分布，分析了其拓扑结构。     

运载火箭模态试验仿真技术研究新进展

针对传统数学模型修改技术无法解决大型工程问题的局限性,为了实施模态试验仿真,提出一套适用于航天器复杂结构模型修改新技术,称之为子结构试验建模综合技术。简要综述在运载火箭模态试验仿真技术方面研究的新进展,并介绍两个应用实例:一是CZ-2E运载火箭全箭模态试验仿真与预示,用介绍的模态试验仿真技术成功地预示运载火箭模态参数,预示的模态与随后进行的实尺运载火箭模态试验所测到的模态非常一致,进而验证介绍的仿真技术的可靠性;另一个是CZ-2F载人运载火箭全箭模态试验仿真,它为箭船耦合动力学分析提供了可靠数学模型与数据。这两个大型工程应用实例说明了运载火箭模态试验仿真技术的工程实用性。     

液体火箭发动机喷嘴动力学研究进展

对液体火箭发动机喷嘴动力学研究的有关文献进行了综述,从喷嘴动力学理论分析和实验研究两方面入手,对直流式、离心式喷嘴、敞口型离心式喷嘴和气液同轴喷嘴动力学的国内外研究进展进行了全面总结。从目前的研究结果来看,喷嘴动力学在解决燃烧不稳定方面具有重要意义,在未来液体火箭发动机研制中将起到更大作用。