Traverses for the ISECG-GER design reference mission for humans on the lunar surface

This study explores the Design Reference Mission (DRM) architecture developed by Hufenbach et al. (2015) as a prelude to the release of the 2018 Global Exploration Roadmap (GER) developed by the International Space Exploration Coordination Group (ISECG). The focus of this study is the exploration of the south polar region of the Moon, a region that has not been visited by any human missions, yet exhibits a multitude of scientifically important locations – the investigation of which will address long standing questions in lunar research. This DRM architecture involves five landing sites (Malapert massif, South Pole/Shackleton crater, Schrödinger basin, Antoniadi crater, and the South Pole-Aitken basin center), to be visited in sequential years by crew, beginning in 2028. Two Lunar Electric Rovers (LER) are proposed to be tele-robotically operated between sites to rendez-vous with crew at the time of the next landing. With engineering parameters in mind we explore the feasibility of tele-robotic operation of these LERs between lunar landing sites, and identify potential high interest sampling locations en-route. Additionally, in-depth sample collection and return traverses are identified for each individual landing site across key geologic terrains that also detail crew Extra-Vehicular Activity (EVA). Exploration at and between landing sites is designed to address a suite of National Research Council (2007) scientific concepts.     

基于代理模型的制导火箭炮发射诸元计算方法

针对制导火箭炮发射诸元的快速计算问题,提出了一种结合大样本数据和代理模型计算发射诸元的新方法。运用代理模型建立射角、无控弹道侧偏与炮位纬度、炮位高程、射向、射程、目标点高程及药温之间的函数关系,并根据射程和无控弹道侧偏的预测值对射向进行修正。仿真结果表明,高阶多项式响应面、相关函数为高斯函数的Kriging、高阶单项式径向基函数、核函数为高斯函数的最小二乘支持向量机、激活函数为正弦函数的超限学习机以及由上述单一代理模型构建的组合代理模型均具有较高的预测精度,各种单一代理模型对射角和无控弹道侧偏的预测时间均小于1 ms,证明了基于代理模型的射角和无控弹道侧偏预测方法切实可行,且通过对射向进行修正有效减小了由于地球自转引起的无控弹道侧偏。      

地月自由返回轨道设计

载人月球探测任务需要着重考虑任务的安全性,能否“自由返回”是很重要的一项指标。在轨道设计上存在两项要求,首先是地月转移,然后是经月球近旁转向并判断能否返回地球,即实现飞越月球以后的无动力返回。文章结合精确的行星历表(DE405),首先比较不同力模型中同一条轨道的返回情况,以确定初始轨道设计过程中需要考虑的摄动力;然后分析了返回时近地距的各种影响因素,包括出发时刻、转移时间、倾角组合等,提出了一种可使返回近地距逐渐向设定的目标值靠拢的单向搜索方法,该方法简单易行,可信度高,能够满足轨道设计时要求的各项约束条件。该工作对中国将要进行的载人月球探测任务中需要用到的自由返回轨道的设计具有一定的参考价值。     

Two-segment lunar free-return trajectories design using the pseudostate theory

Accurate initial solutions for two-segment Earth-Moon free-return trajectories, with midcourse transfer opportunities for favorable lunar targeting, are developed analytically by using the pseudostate theory. A constrained flight-path angle quasi-Lambert problem is formulated to determine the lunar-orbiting phase of the free-return trajectory. Gradient and direct-shooting algorithms are used to correct the initial estimates of certain two-body parameters. Numerical simulations with a high-fidelity model are undertaken to verify the accuracy of the pseudostate solutions and to illustrate the efficiency of the proposed algorithm. Perilune altitude errors for the pseudostate method are less than 10% of their corresponding values for the patched conic technique. The differences between the pseudostate and the high-fidelity solutions can be eliminated rapidly.     

基于交叉熵和空间分割的全局可靠性灵敏度分析

基于失效概率的全局灵敏度分析可以度量各个基本随机变量的不确定性对失效概率的影响程度,对如何降低结构的失效概率具有指导意义。基于交叉熵方法和空间分割提出一种新全局可靠性灵敏度分析方法。该方法采用交叉熵法自适应的确定重要抽样密度函数,有效地回避了传统重要抽样中设计点位置和个数求解的困难。基于评估失效概率所使用的样本,利用空间分割方法计算各个输入随机变量的全局可靠性灵敏度指标,能够提高样本的利用率和计算效率。文中利用一个数值算例和两个工程算例验证了所提方法的计算效率和精度。     

嫦娥五号探测器GNC系统设计

为实现我国首次月球样品无人采样返回任务,设计了嫦娥五号(Chang’E 5)探测器制导、导航与控制(GNC)系统.根据任务要求和探测器特点,GNC系统设计分为轨道器GNC子系统、返回器GNC子系统和着上组合体GNC子系统.给出了嫦娥五号探测器GNC系统的架构设计、工作模式以及在轨飞行结果.结果表明,GNC系统设计正确,成功完成了动力下降、起飞上升、交会对接、返回再入等关键动作,实现了月球表面起飞上升、月球轨道交会对接以及携带月壤以近第二宇宙速度二次再入返回的三项首次任务,各项功能性能满足任务要求.     

多变量飞控系统的稳定裕度分析

根据系统回差阵最小奇异值及通用相角－幅值裕度估算图,给出了在系统的输入和输出端所有通道的相角和幅值同时变化时系统的稳定裕度,它不仅可作为评价不同控制律鲁棒性优劣的指标之一,也是对古典单通道量测ＭＩＭＯ系统稳定裕度的补充。同时为了克服所得结果的保守性,采用了两种改进方法,并对某型飞机的侧向运动系统进行了稳定裕度的分析、比较。     

针刺C/C圆筒构件内/外压试验与仿真研究

根据某扩张段采用的针刺C/C复合材料制备圆筒构件试验件,设计外压和内压试验工装,对其开展内外压试验研究,总结结构应力分布规律,并与有限元仿真结果进行对比,仿真结果与试验结果一致性较好,获得了准确高精度3D圆筒构件水压仿真计算模型。试验及仿真结果对于改进固体火箭发动机针刺C/C复合材料喷管扩张段结构设计,修正材料本构模型参数,预估结构安全裕度有着重要的参考价值。     

基于仿真数据的测试性验证序贯设计方案

针对当前测试性验证试验设计方案均存在确定的故障样本量较大以及验证周期长的问题,提出了一种基于仿真数据的测试性验证序贯设计方案。首先,基于二项分布模型确定序贯设计的判决阈值;然后,在序贯试验下基于给定的样本量分配和故障模式选取方法,采用仿真的方式生成相应的故障模式并进行验证试验。同时,以序贯方式计算相应的概率比,通过其取值动态判定接受/拒收。结果表明,与传统方法相比,该方法与经典验证方法具备几乎相同的抽样特性,能达到有效减少测试性验证试验所需故障样本量的目的。     

航空装备现场数据可靠性评估方法有效性分析

针对航空高可靠性产品现场故障数据样本量小和经常出现数据删失的问题,分析了平均秩次法与期望-极大值（EM）算法的有效性,给出了这两种方法的适用范围。应用蒙特卡罗仿真方法,在考虑维修的情况下,设计了一种评定可靠性评估方法有效性的仿真方法。该方法以威布尔分布为例,通过飞行年、飞机架数、日利用率的动态变化来模拟产生具有随机删失特点的航空装备现场故障数据,以此来动态驱动样本量和删失比的变化,并分别评估这两种可靠性评估方法的有效性。仿真结果表明,在样本量为10~30时的小样本随机删失数据参数估计中,EM算法应该被优先采用。