空间因特网与空间测控

空间因特网的建立是空间数据系统发展的必然趋势,CCSDS提出在2020年建立行星际因特网,全世界各国空间组织的技术专家们已展开对下一代空间因特网的研究。文章从空礼数据系统现状出发,分析了建立空间因特网需要解决的问题,并探讨了空间因特网的实现将对空间测控带来的影响。     

机械泵驱动两相冷却系统启动特性的实验研究

机械泵驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备。该研究首先对该系统启动的加热增压、机械泵启动和热载启动三个阶段进行实验分析,并通过系统各主要参数的变化发现启动过程中将产生液体过热现象,并且有较大的压力冲击。然后通过大量实验对与过热度有关的启动温度、流量和启动热负荷进行比较分析,得出启动温度越低,产生的过热度越大的结论。最后对蒸发段在气态条件下启动进行实验研究,结果表明此时过热度要大于液体启动的过热度。     

伴飞航天器轨道修正点状态的最小二乘估计

研究了近圆轨道航天器长期伴随飞行在轨道修正时刻相对状态的最小二乘估计方法。针对长期伴飞航天器在固定时刻进行轨道修正的特点,提出采用最小二乘估计方法对轨道修正时刻的相对位置状态进行估计,并基于模型误差特点提出对该算法进行改进的加权最小二乘估计算法。算法具有计算相对简单、算法灵活等特点。仿真结果表明,对于固定时刻的状态估计,这种加权最小二乘估计算法和扩展卡尔曼滤波算法的效果相当,能够满足在轨长期伴随飞行在轨道修正时刻的相对状态估计精度要求。     

在轨物体接近算法研究

根据NORAD公布的在轨物体(空间碎片或航天器) 的轨道数据,给出了计算在轨物体两两间发生接近事件的方法。该方法结合了计算在轨物体 接近的运动学筛选法和相对距离函数法,以提高计算效率。以该方法为基础,提出了特定航 天器与全体在轨物体间的接近事件算法。算法采用了改进后的几何筛选法。该方法并不求解 两轨道的最近点,而是求解包含最近点的时间窗口,从而解决了原方法漏报接近事件的问题 。该方法在理论上可以检测到所有的接近事件,数值仿真验证支持了该结论。在计算效率 上新方法相对于原算法也有约10倍的提高。     

A Direct Simulation Method for Calculating Multiple-hit Vulnerability of Aircraft with Overlapping Components

When components overlap, the aircraft multiple-hit vulnerability analysis usually consists of two steps. The first is to determine the aircraft unique existent states using vulnerable area decomposition method, and the second is to calculate the aircraft cumulated probability of kill using Markov chain method for exact solution or Monte Carlo method for solving the combinatorial explosion problem. This article proposes a direct simulation method for calculating the aircraft multiple-hit vulnerability in order to avoid the complex vulnerable area decomposition issue. In this method, random method is adopted to produce the multiple-hit locations and Bernoulli trial is used to determine the kill or no kill of each component hit by one shot line, and kill tree is checked to determine aircraft existent states during one simulation. When the number of times of simulation is large enough, the aircraft multiple-hit vulnerability can be statistically obtained. Analysis shows that the proposed direct simulation method can provide good accuracy compared with Markov chain method and avoid the combinatorial explosion problem, and does not need the complex vulnerable area decomposition and can directly calculate the aircraft multiple-hit vulnerability. Another important finding is the binomial or Poisson simplified approach is sometimes very poor in accuracy, and should be used cautiously.     

双储液器环路热管的设计与实验研究

设计了一套双储液器环路热管以解决其重力场中运行受方位限制的问题,介绍了通过储液器体积和工质充装量的匹配设计避免最难启动情形发生的方法,并进行了相关的实验研究。实验验证了双储液器环路热管重力场中运行不受方位限制的特性,并且发现,在可变热导区的一定的热载荷范围内,双储液器环路热管在不同姿态下稳态运行温度不相同,而其他热载荷区域内却基本一致。文章分别从储液器能量平衡和回流液体过冷量有效利用率的角度进行了分析和解释。     

3+1S陀螺的故障检测方法研究

在收集各类陀螺故障模式的基础上,重点讨论了卫星出现大角速度超出陀螺测量范围而出现饱和的情况,并结合卫星质量特性,给出了避免误判的对策。同时以3+1S陀螺为例,从工程的角度,给出了确定平衡方程阈值的设置过程,并针对平衡方程对陀螺漂移故障的诊断存在延迟的情况进行了改进。仿真结果表明,通过设置两个阈值,使平衡方程不仅能对突变故障进行及时有效的诊断,也大大缩短了对陀螺漂移这样的缓变故障的诊断时间。     

多冲量近程交会最优化模型

文章基于Lawden方程对椭圆参考轨道的近程最优交会问题进行了研究,并提出了一种混合遗传算法求解最优近程交会问题。首先在一定假设条件下给出了目标在椭圆参考轨道的近距离相对运动模型——Lawden方程,构建了多脉冲最优交会问题模型并进行了理论分析。性能指标选为轨道交会过程中燃料消耗和时间消耗加权最小的多目标优化指标,优化参数为脉冲大小和脉冲施加时刻,终端状态受到相对位置和相对速度的约束。然后介绍了具有较强全局和局部寻优能力的混合遗传算法。最后以四脉冲为例进行仿真计算。仿真结果表明,是否考虑第一次脉冲位置,总燃料消耗变化不明显。因此,追踪航天器一旦捕获到目标信息即可施加第一次脉冲。仿真结果还证明了混合遗传算法在求解最优交会问题时的有效性。因此,混合遗传算法对基于Lawden方程的椭圆参考轨道近程最优交会问题的求解可行。     

航天器质量特性参数的在轨辨识方法

针对高精度姿态和轨道控制要求准确已知航天器质量特性的问题,提出了基于参数解耦的最小二乘法和基于PSO的非线性优化两种方法,以辨识航天器的质量、惯量和质心位置。第一种方法将惯量与质量和质心位置解耦后分别辨识;第二种方法则将参数辨识问题转换为非线性系统的全局优化问题,同时辨识出所有参数。所提出的方法均不需要假设航天器运动足够慢,克服了以往方法将待辨识参数的耦合关系强行分离的缺点,采用辨识后的参数明显提高了航天器姿态及轨道控制性能。仿真结果验证了方法的有效性。     

基于多柔体动力学的飞行器多目标优化设计

研究了柔性航天器总体设计中基于结构与姿态控制的多目标优化问题。利用拉格朗日 方程建立了刚柔耦合系统动力学模型,提出以附件质量和微分矩阵最大实特征值为目标函数 的多目标优化问题;采用非支配排序进化求解算法（NSGA-II）,对某柔性航天器进行了多目 标优化分析设计;最优决策为具有一定规律性的空间曲线,该优化结果对柔性卫星的总体分 析设计具有一定的指导意义。