空间飞行器碎片防护结构的简化设计

给出一种基于实验和理论分析的航天器碎片防护结构简化设计方法 ,该方法可用于进行大型空间飞行器碎片防护结构的方案选择和初步结构设计。利用空间碎片的工程环境模型和防护结构几何经验公式 ,采用“设计碎片”的概念 ,对防护结构进行几何结构设计和质量估算 ,并采用改进的防护性能验证算法进行空间碎片的风险评估。通过对惠式防护结构的计算 ,得到的计算结果基本符合实际要求。     

机动变轨技术在空间领域的应用

文章介绍了机动变轨技术在空间领域应用的意义,尤其是在近地球轨道卫星发展中的重要性。机动变轨技术对解决卫星发展需求与运载火箭之间的矛盾和卫星选择多种运载火箭发射提供了可能性;在提高卫星使用性能和扩大应用范围方面也将起重要的作用。此外,还阐述了机动变轨技术的一般概念和在近地球轨道卫星应用实例。     

采用Loh近似假设的最优气动力辅助异面变轨研究

提出了一种Ｌｏｈ近似模型,并在此基础上导出了最优气动力辅助异面变轨的控制规律,以及相应的最优轨迹的近似解析解。给出了Ｌｏｈ近似模型中各系数的求解方法。通过对最优控制律及轨迹近似解的分析,得到一些有益的结论。     

地球同步卫星的发射轨道的选择

本文对地球同步卫星的发射轨道作了一些分析。讨论了有关发射点纬度、停泊轨道、非共面发射轨道对发射轨道选择的影响。     

低轨航天器磁推进方法

基于地球空间磁场的磁作用效应,提出了一类低轨航天器无工质消耗的磁推进方法,并对航天器的高度保持进行了研究。该方法具有作用机理明晰、物理结构简单、控制策略灵活等特征。以磁场对磁体作用的磁矩理论为基础,建立了带磁航天器飞行的磁推力模型,提出了基于磁力线追踪策略的轨道高度保持方法。利用熟知的IGRF11地磁模型,通过数值仿真计算,验证了磁推进方法对于600～1000km圆轨道航天器进行高度保持的有效性。     

基于θ-D方法的在轨操作相对姿轨耦合控制

针对诸如模块更换、燃料加注等在轨操作任务中的相对动力学与控制问题,建立了描述航天器间近距离相对运动的轨道姿态耦合动力学模型,结合轨道摄动和姿态干扰力矩分析了耦合项对模型的影响。考虑到基于状态相关系数形式模型的非线性和时变性,采用θ-D次优控制算法设计了相对姿轨耦合控制器。以在轨加注任务最终逼近段为背景,针对目标航天器失控旋转的情况进行了数值仿真,仿真结果表明了θ-D控制算法能够实现对相对轨道和姿态的同步控制,简化对控制器的求解并具有较高的控制精度。     

利用高斯伪谱法求解小推力伴星最优释放轨迹

针对近距离相对运动的轨道控制问题,提出用常值小推力完成最优转移的方法。基于C-W方程,推导了相对运动解析解的表达式,讨论了在无控条件下能够形成稳定绕飞构型的初始相对速度和相对位置的限制条件,以此限制条件作为终端条件,以伴星释放时近似为零的相对速度和相对位置为初始条件,建立了利用连续小推力实现的伴星释放最优控制问题的模型。选用了高斯伪谱法将最优控制问题离散化,转化成非线性规划问题并通过系列二次规划法完成求解。数值仿真算例表明,利用高斯伪谱法求解此问题可以有效地收敛到最优解。     

On the effects of each term of the geopotential perturbation along the time I: Quasi-circular orbits

This paper provides a useful new method to determine minimum and maximum range of values for the degree and order of the geopotential coefficients required for simulations of orbits of satellites around the Earth. The method consists in a time integration of the perturbing acceleration coming from each harmonic of the geopotential during a time interval T. More precisely, this integral represents the total velocity contribution of a specific harmonic during the period T  . Therefore, for a pre-fixed minimum contribution, for instance 1×10^-8$1\times {10}^{-8}$ m/s during the period of time T, any harmonic whose contribution is below this value can, safely, be neglected. This fact includes some constraints in the degree and order of the terms which are present in the geopotential formula, saving computational efforts compared to the integration of the full model. The advantage of this method is the consideration of other perturbations in the dynamics (we consider the perturbations of the Sun, the Moon, and the direct solar radiation pressure with eclipses), since these forces affect the value of the perturbation of the geopotential, because these perturbations depend on the trajectory of the spacecraft, that is dependent on the dynamical model used. In this paper, we work with quasi-circular orbits and we present several simulations showing the bounds for the maximum degree and order (M) that should be used in the geopotential for different situations, e. g., for a satellite near 500 km of altitude (like the GRACE satellites at the beginning of their mission) we found 35?M?198$35?M?198$ for T=1$T=1$ day. We analyzed the individual contribution of the second order harmonic (_J2$J_2$) and we use its behavior as a parameter to determine the lower limit of the number of terms of the geopotential model. In order to test the accuracy of our truncated model, we calculate the mean squared error between this truncated model and the “full” model, using the CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite) satellite in this test.     

基于双蚁群优化的快速轨道转移

研究了Lambert转移的优化问题,并用于航天器的快速轨道机动。以二体模型为基础,在给定的转移时间范围内以燃料最省为目标函数,用蚁群算法(ACA)对Lambert机动问题进行寻优;将第一次寻优用于完成轨道机动所需的速度增量转换成航天器发动机有限推力下的时间序列;考虑地球主要摄动影响,再次用ACA对有限推力工作时段进行边值修正,保证航天器能转移至目标位置范围。仿真结果表明:双蚁群优化方法可有效修正由二体假设导致的Lambert转移的误差,同时由蚁群算法的较强寻优性能保证了Lambert机动过程的燃料最省。     

在轨目标逼近远程导引律设计

利用最优多脉冲方法,对目标航天器逼近过程的远程导引段轨道进行设计.基于Lawden主矢量理论,解决固定时间、燃料最省的逼近轨道问题.通过仿真分析了固定初始条件时燃料消耗量随着转移时间的变化关系.对于燃料和时间均有约束的情况,给出了求解燃料最省和时间最小的多目标优化问题的方法.这一研究对于评估具体任务的燃料消耗和转移时间有重要意义.