某卫星平台多结构工况下的优化设计

采用航天器结构优化系统ESSOSⅡ(Engineering System of Structural Optimization for Spacecraft),对某复杂卫星结构进行了以重量最轻为目标、以其中复合材料板件的铺层厚度为设计变量的优化设计,考虑发射(收拢)和在轨(展开)2种结构工况下的基频和应力等约束条件.基于2种结构工况下的有限元模型,采用二级多点逼近寻优算法进行优化求解,每一次优化迭代过程中均需对各结构工况模型作有限元分析.优化后结构重量比初始设计有明显降低,且满足收拢、展开结构工况中的所有约束条件,为卫星结构分系统的改进设计提供了依据,同时进一步验证了ESSOSⅡ系统的有效性.     

A small mission for in situ exploration of a primitive binary near-Earth asteroid

We present a concept for a challenging in situ science mission to a primitive, binary near-Earth asteroid. A sub-400-kg spacecraft would use solar electric propulsion to rendezvous with the C-class binary asteroid (175706) 1996 FG3. A campaign of remote observations of both worlds would be followed by landing on the ∼1 km diameter primary to perform in situ measurements. The total available payload mass would be around 34 kg, allowing a wide range of measurement objectives to be addressed. This mission arose during 2004 from the activities of the ad-hoc Small Bodies Group of the DLR-led Planetary Lander Initiative. Although the particular mission scenario proposed here was not studied further per se, the experience was carried over to subsequent European asteroid mission studies, including first LEONARD and now the Marco Polo near-Earth asteroid sample return proposal for ESA’s Cosmic Vision programme. This paper may thus be of interest as much for insight into the life cycle of mission proposals as for the concept itself.     

有限元分析在航天器产品设计中的应用

 按航天器产品力学环境的试验要求,应用有限元分析软件MSC.NASTRAN系统地对CCD星敏感器进行静态分析、模态分析以及冲击响应、正弦振动、随机振动等动态分析。采用有限元分析方法进行热分析可完善基准镜安装支架的设计。     

国外载人航天器故障诊断技术

详细介绍了故障诊断技术在国外载人航天器故障诊断中的应用及发展过程，并对专家系统技术进行了重点分析和介绍，国外载人航天器故障诊断经历了60年代简单的状态监测（水星号），70年代的基于算法的诊断（阿波罗），一直到80年代的基于知识的智能诊断（航天飞机），三个阶段，还介绍了NASA为其航天飞机主发动机透平泵和空间站电源系统开发的故障诊断专家系统，并对航天领域故障诊断技术特点进行了综合分析，同时指出了航天领域故障诊断技术的发展趋势。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

可维修航天器的可靠性度量与建模方法

文章提出了一种既充分考虑航天器维修对可靠性贡献,又不引入海量计算的可靠性度量方法。该方法在可靠性框图基础上引入维修因素进行模型修正,并转换为动态故障树,进而采用状态转移链进行分析计算。工程实例表明,此修正方法能够评价维修对空间站可靠性产生的贡献,其分析准确度优于可靠性框图方法,且分析过程简单易行,具有良好的工程应用价值。     

一种基于轨道根数约束的最优制导方法

针对航天器空间变轨的制导问题,研究了一种基于轨道根数约束的最优制导方法。在地心惯性坐标系下直接建立航天器的最优控制模型,给出了位置速度表达式和协态变量初值之间的关系;进一步,在不约束真近点角的前提下,推导了5个轨道根数的约束方程,并通过对轨道根数和最优控制理论中协态方程的特性分析,获得了另外两个约束方程。协态变量初值可直接通过求解7个完整约束方程组获得,进而得到最优推力方向。仿真验证了所提制导方法的有效性。     

多孔板结冰自强化效应对水升华器性能的影响

水升华器是一种利用水作为消耗性介质的相变散热装置,在航天器热控及生保系统中得到了广泛应用。在水升华器启动及运行过程中多孔板内部发生的结冰膨胀现象会对多孔板微观结构进行再加工;由于形变硬化效应,水升华器多次工作后,多孔板的塑性将逐渐降低,结构参数将逐渐固化,将这一过程定义为多孔板的自强化。而多孔板微观结构的变化,将对水升华器防击穿能力、稳态散热功率等宏观性能产生影响。在对水升华器工作机理进行分析的基础上,从微观角度定性研究了水升华器多孔板的结冰自强化机理,并针对自强化效应对水升华器宏观性能的影响开展了实验研究。结果表明：对于本文结构的水升华器,在同一条件下,稳态散热功率随着启动次数的增加而减小,且每次减小的幅度逐渐降低,在启动3~4次后稳态散热功率逐渐趋于稳定。由实验数据得到了水升华器稳态散热功率与启动次数之间的拟合关系式;渗透率越大的多孔板,水升华器工作过程对多孔板的再加工程度更大,因而自强化效果更明显;自强化效应还可以提高水升华器的防击穿能力。研究结果为探月三期工程嫦娥五号探测器提供了一定的设计依据。     

航天器自适应快速非奇异终端滑模容错控制

针对存在外部干扰、转动惯量矩阵不确定、控制器饱和以及执行器故障的航天器姿态跟踪控制问题,提出了基于自适应快速非奇异终端滑模的有限时间收敛控制方案。通过引入能够避免奇异点的具有有限时间收敛特性的快速非奇异终端滑模面,设计了满足多约束的有限时间姿态跟踪容错控制器,并利用参数自适应方法使控制器设计不依赖于系统惯量信息和外部干扰的上界。此外,所设计的控制器显式考虑了执行器输出力矩的饱和幅值特性,使航天器在饱和幅值的限制下完成姿态跟踪控制任务,并且无须进行在线故障估计。Lyapunov稳定性分析表明：在外部干扰、转动惯量矩阵不确定、控制器饱和以及执行器故障等约束条件下,所设计的控制器能够保证闭环系统的快速收敛性,而且对控制器饱和与执行器故障具有良好的容错性能。数值仿真校验了该控制器在姿态跟踪控制中的优良性能。     

非线性飞控系统的滑模PI混合模糊逻辑控制

针对一类空间飞行器的非线性姿态控制问题，首先通过变换将其强耦合模型分解成若干个子系统，把各子系统之间的耦全、未建模动态和外界扰动视为系统的不确定性。而后提出了一种结合滑模控制与比例积分控制的模糊逻辑控制器，运用李亚普诺夫原理对系统的稳定性进行了分析。用这种控制器对系统进行分散鲁棒自适应控制，仿真说明相对于传统滑模控制器，它具有响应速度快，跟踪精度高，鲁棒性强的优点。