空间机器人操作：一种多任务学习视角

利用空间机器人辅助、代替航天员完成在轨服务操作是近年的技术发展趋势。基于学习的空间机器人操作以深度神经网络为控制器载体,对非结构化太空环境适应能力强,在高轨、地外、深空等场景具有良好应用前景。目前,无论是空间机器人操作,还是地面机器人操作,多数研究只关注单一任务学习问题。立足一种多任务学习新视角,针对空间机器人操作面临的多任务适应性要求高、精细化要求高、不确定性强问题,首先分析了在轨服务的多样化任务需求。其次,全面综述了机器人操作多任务学习算法与应用相关工作,分析了开展空间机器人操作多任务学习的难点挑战,给出了关键技术发展建议。相关关键技术的突破将有助于提升空间机器人系统的自主性、鲁棒性,进而助力中国在轨服务技术向无人全自主方向推进。     

分区式线型阱设计及其离子囚禁性能分析

基于分区式线型阱的汞离子微波钟已在国际上首次实现了空间在轨飞行验证,为今后深空探测技术领域实现单向导航奠定了基础。设计了一种基于“四极阱+十二极阱”的分区式线型离子阱,主要采用离子数密度分布模型,数值分析了轴向和径向的势阱结构特征,研究了该离子阱的离子囚禁性能,给出了囚禁离子的设计参数,估算了该离子阱应用于汞离子微波钟的二阶多普勒频移大小。论证了四极阱中实现光抽运与荧光探测,十二极阱中实现离子与微波相互作用及自由演化稳定存储功能的可行性。该项工作对于高性能离子囚禁钟和质谱仪的设计具有一定借鉴意义。     

基于多项式近似的空间碎片群体轨道预报算法

快速准确地分析空间碎片群轨道演化行为对于其他在轨航天器碰撞规避至关重要。在各摄动力的作用下,空间碎片群演化运动呈现出复杂的非线性特征。空间碎片群体个体数量巨大,如果通过对空间碎片群中每个空间碎片进行轨道积分来分析群体预报的方法会导致计算量过大。针对该问题,提出一种基于多项式近似的轨道快速预报分析方法。该方法将空间碎片群分为少量的标称碎片和其他大量关联碎片。针对标称碎片的轨道预报采用数值积分求解保证预报精度;而针对其他大量的关联碎片轨道预报问题,采用多项式泰勒展开半解析方法求解,从而在保证预报精度的前提下有效减少空间碎片群轨道预报的计算量。为了验证方法的有效性,对不同空间碎片群进行了轨道预报仿真。仿真结果表明,当轨道预报精度设定在1m范围内时,多项式近似算法的计算量较蒙特卡洛方法计算效率提高了2.2~17.2倍,验证了所提出方法的有效性。     

空间燃料电池电源子系统输出性能的仿真与试验验证

为了系统性地研究质子交换膜燃料电池电源子系统的输出特性与电堆压力、电堆温度之间的关系,首先建立电堆的数学模型,在Matlab/Simulink中进行仿真,研究输入与输出的关系;其次针对航天应用设计相匹配的燃料电池变换器（FCDR）,将其与电堆的输出端接在一起进行仿真,研究电堆的输入对FCDR的输出特性的影响,当负载发生变化时,检验FCDR对维持母线电压稳定输出的能力;最后对电堆和电堆系统的仿真进行试验测试,证明仿真的正确性,从而对空间燃料电池电源系统有更深一步的认识,为整个电源系统的设计打下坚实的基础。     

中国微藻航空煤油制备潜能及CO2减排

综合考虑中国各地温度变化、水资源和CO₂的供给能力等因素,分析了中国适合微拟球藻规模化养殖的地区;根据2013年沿海地区燃煤发电排放CO₂量,结合蓬莱地区微拟球藻规模化养殖的实际数据,预测了中国微藻的年产量潜力及在现有技术水平下利用这些微藻原料可制备航空煤油的潜力;并采用全生命周期模型GREET计算了微藻航空煤油相比传统石油基航空煤油在全生命周期内中可减少CO₂的排放量。结果表明:目前中国具有每年8894万t的微藻养殖潜力,这些微藻共可制备航空煤油1917万t;与传统航煤相比,制备1 t微藻航空煤油在全生命周期内相比传统航空煤油可降低CO₂排放2.28 t。     

空间充气薄膜衍射成像结构的热力耦合分析

随着空间光学技术的发展,衍射成像系统成为空间光学领域的研究热点。提出了一种充气薄膜衍射成像结构设计方案,针对其在空间热载荷作用下的热力耦合效应开展研究。建立了充气薄膜衍射成像结构的热力耦合顺序分析框架,基于I DEAS和ANSYS软件二次开发技术,实现了热力耦合数值分析,得到了结构在轨运行时的瞬态温度场、热应力、热变形等。分析结果表明,充气支撑结构产生了较大热变形,但最大热应力远小于聚酰亚胺薄膜材料的抗拉强度,而镜面中心处没有出现较大的热变形响应,为充气薄膜衍射成像结构的防热设计提供了技术支持。     

Testing Modified Newtonian Dynamics with LISA Pathfinder

We suggest that LISA Pathfinder, a technology demonstrator for the future gravitational wave observatory LISA, could be used to carry out a direct experimental test of Modified Newtonian Dynamics (MOND). The LISA Pathfinder spacecraft is currently being built and the launch date is just a few years away. No modifications of the spacecraft are required, nor any interference with its nominal mission. The basic concept is to fly LISA Pathfinder through the region around the Sun-Earth saddle point, in an extended mission phase, once the original mission goals are achieved. We examine various strategies to reach the saddle point, and find that the preferred strategy, yielding relatively short transfer times of just over 1 year, probably involves a lunar fly-by. LISA Pathfinder will be able to probe the intermediate MOND regime, i.e. the transition between deep MOND and Newtonian gravity. We present robust estimates of the anomalous gravity gradients that LISA Pathfinder should be exposed to, based on MONDian effects as derived from the Tensor-Vector-Scalar (TeVeS) theory. The spacecraft speed and spatial scale of the MOND signal combine in a way that the spectral signature of the signal falls precisely into LISA Pathfinder’s measurement bandwidth. We find that if the gravity gradiometer on-board the spacecraft achieves its currently predicted sensitivity, these anomalous gradients could not just be detected, but measured in some detail.     

光纤功率计非线性因子测量的优化设计研究

对光纤功率计非线性因子测量系统进行了优化设计。在理论分析和实验验证的基础上,优化了光路系统,抑制了光的干涉效应对光功率稳定性的影响,进行了实验验证;由光衰减器代替快门进行光的通断控制,扩展了测量范围,可以实现通用光纤功率计非线性因子的全量程测量。     

带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子动力学研究

针对涡轴发动机带柔性过渡段悬臂动力涡轮转子动力学开展了系统的计算分析和试验研究。建立了转子的有限元分析模型,对临界转速、振型和稳态不平衡响应进行了计算分析。在高速旋转试验器上开展了全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,以及慢车转速下5 min的振动考核试验,在整机台架上进行了发动机试车。验证了转子良好的振动特性以及轴向环下润滑设计和临界转速设计的合理性,提出了1号平衡凸台轴向位置的优化方案和试验转接段的改进方案。为发动机实现转速达标提供了强有力的保证,具有重要的工程应用价值。