航天器微低重力模拟及试验技术

针对国内外不同类型的微低重力模拟机理、应用方法及特点进行了介绍。综述了基于气悬浮技术的多自由度模拟器的关键技术以及组合应用方法;对各种复杂航天器(包括大型空间机械臂)在微低重力模拟环境下进行的展开、编队、抓捕对接、分离以及在轨服务等典型试验应用进行了系统介绍,同时总结了针对宇航员模拟训练的微低重力环境的实现手段及其特点。最后,展望了微低重力模拟及试验技术的发展前景,并提出了多项亟待突破的关键技术。     

测量不确定的充液航天器自适应鲁棒容错控制

针对三轴稳定充液航天器控制系统中同时存在外部未知干扰,参数不确定,测量不确定和执行器部分失效故障的鲁棒容错姿态机动控制问题进行研究。首先将部分充液贮箱内的晃动液体燃料等效为粘性球摆模型,采用动量矩守恒定律推导出航天器的刚-液耦合动力学方程。然后将变结构控制策略结合范数自适应估计算法设计了自适应鲁棒容错控制器,其中设计的范数自适应控制算法用于有效估计由测量不确定产生的集总扰动的未知上界;自适应估计算法则用于有效估计贮箱内的液体晃动位移变量。提出的控制策略不依赖精确的故障信息,并且在故障信息值不确定的情况下可以实现期望的姿态机动任务。基于Lyapunov稳定性分析方法证明了容错闭环系统状态变量的一致最终有界性。采用数值方法验证了所提控制方法的有效性和鲁棒性。     

基于高斯过程回归的组合体航天器姿态接管学习控制

空间非合作目标一般具有结构复杂、质量特性未知、姿态机动能力不明等特点,这导致组合体航天器姿态动力学呈现出高度非线性和强耦合特性,且难以对其进行在轨精确辨识。针对组合体航天器姿态接管过程中目标信息不完全、精确辨识困难等问题,本文考虑目标存在姿态机动能力的任务场景,提出了一种基于稀疏高斯过程回归(GPR)的数据驱动姿态接管控制策略。首先,从系统运行数据中提取、凝炼模型未知部分的输入/输出映射关系,构建数据驱动的概率化模型以代替无法快速准确建立的参数辨识模型,并根据该数据驱动模型设计变增益反馈控制策略,证明了系统状态概率意义上的Lyapunov稳定性和有界性;其次,考虑到在轨任务的实时性、星载计算机的计算资源有限等因素,该算法可在保证控制精度的同时显著减轻学习算法的计算压力;最后,数值仿真验证了本文所提出控制方法的有效性与实用价值。     

航天器真空热环境适应性试验、分析及评价软件平台

基于国内外热试验软件的发展情况,文章提出了航天器真空热环境适应性试验、分析及评价一体化软件平台。在国内现有热试验测控软件的基础上,软件平台集成了国内关于热试验偏差、真空热环境效应及试验污染效应等研究的最新成果,同时又扩展了一些必需的功能模块。最后详细描述了该软件平台的基本组成和各模块的功能。     

航天器总装过程风险分析和工艺安全性设计

文章分析了航天器总装过程中的危险因素以及各总装作业单元的危险程度及危害性,阐述了总装工艺安全性设计的方法和意义,建议构建安全控制要素基础数据库,进行工艺安全分析和安全技术评价,以期为航天器总装的安全性设计提供参考。     

基于协同设计中心的航天器系统工程实践

剖析了航天器系统工程的原理及组成要素,分析了基于协同设计中心开展航天器协同研制的团队、环境、模型及流程等核心要素,通过研究航天器系统工程和协同设计中心诸要素,实践了基于航天器系统工程原理的协同设计中心的应用,分析了基于协同设计中心建立集成产品开发团队(IPT)、制定研制流程、统一数据源等方式开展航天器协同研制,并收到了良好的应用效果,同时,在应用中发现如基于IPT的协同设计认识淡薄、软硬件协同性差等问题,提出了加强设计人员通过IPT方式开展协同设计的认识、改进协同研制的软硬件环境、持续提升基于统一数据源的协同设计能力、合理应用和梳理优化流程等改进建议。     

航天器可靠性工程的薄弱环节分析及应对措施

从中国航天器研制中的可靠性需求出发,介绍了我国航天器可靠性工程取得的成绩。分析了美国可靠性工程的特征,针对航天器可靠性工程在可靠性专职人员的配备、可靠性设计及应用、可靠性试验验证技术、软件可靠性技术、在轨管理可靠性技术和可靠性技术基础等方面存在的薄弱环节进行了分析,并提出了应对措施。研究结果可为我国航天器可靠性工程的建设提供参考。     

导电塑料在航天领域的应用展望

文章从导电塑料的概念和原理出发,分析了其衍生产品在航天领域应用的可行性,并提出了航天器塑料化的发展路线建议。导电塑料的发明使得塑料从绝缘体跨入导体和半导体的行列,由导电塑料衍生出的塑料屏蔽薄膜、塑料太阳能电池、塑料蓄电池等高性能、低成本产品为航天产品轻小型化、塑料化开辟出新的发展方向。     

航天器真空热试验测控系统应用现状及发展趋势

航天器真空热试验是航天器研制过程中必不可少的试验项目。文章阐述了航天器真空热试验测控系统的特点和面临的挑战,总结归纳了航天器真空热试验测控系统的应用现状,分析展望了航天器真空热试验测控系统未来的发展趋势。     

设备外形与布局优化的关系

目前国内航天器研制中,各分系统单机设备结构外形、机械接口等很大程度上制约了航天器整体的总装布局优化工作,产生了大量附属的总装直属件,这不仅引起整个航天器重量的增加,而且给后续的电缆和管路走向优化设计造成障碍。文章通过借鉴“联盟号”飞船设计思路,提出了以赋形设计减少总装直属件的数量布局优化设计方法。