Ares V launch vehicle: An enabling capability for future space science missions

NASA's planned Ares V cargo launch vehicle offers the potential to completely change the paradigm of future space science mission architectures. Future space science telescopes desire increasingly larger telescope collecting aperture. But, current launch vehicle mass and volume constraints are a severe limit. The Ares V greatly relaxes these constraints. For example, while current launch vehicles have the ability to place a 4.5 m diameter payload with a mass of 9400 kg on to a Sun-Earth L2 transfer trajectory, the Ares V is projected to have the ability to place an 8.8 m diameter payload with a mass of approximately 60,000 kg on to the same trajectory, or 180,000 kg into Low Earth Orbit. Also the Ares V could place approximately 3000 kg (13,000 kg with a Centaur upper stage) on to a trajectory with a C3 of 106 km²/s², arriving at Saturn in 6.1 years without the use of gravity assists. This paper summarizes the current planned Ares V payload launch capability.     

基于自抗扰的运载火箭主动减载控制技术

针对运载火箭穿越大风区的减载控制技术进行研究,首先对攻角反馈和加表反馈2种减载技术进行理论研究和仿真分析,得出2种方案对火箭减载都存在一定的局限性。因此引入自抗扰控制器(ADRC)技术并针对飞行减载控制对其进行改进,一方面通过状态观测器将误差补偿引入自抗扰回路;另一方面改进了自抗扰控制器中的控制律,并推导证明了新的控制律下自抗扰控制器抑制风载干扰的能力,给出了控制方程中增益的选择方法。最后以某型液体运载火箭为例在考虑其弹性振动和液体晃动条件下对比了几种方案的减载效果,仿真结果表明改进后的自抗扰控制器使飞控系统抗干扰能力增强,增大了控制律中增益选择范围,有效提高了运载火箭的减载效果,具有很强的工程应用价值。      

可重复使用运载器再入轨迹次实时优化

新一代可重复使用运载器RLV(Reusable Launch Vehicle)再入时应具备自主导航的能力,其实现的关键是用机载计算机近实时或实时地生成一条满足各种约束条件的再入轨迹.根据RLV再入的特点,引入了新的假设,对再入轨迹方程进行简化处理,优化难度降低,工作量减少.另外引入次优化轨迹的概念,对控制量(迎角和滚转角)的优化分两步进行,每步只对当中一个控制量进行优化.这样处理能在很大程度上加快算法的收敛速度.仿真结果表明,只需10s左右的时间就能产生一条满足终端约束条件、控制量约束条件和加热率约束条件的次优化轨迹.其结果具有较好的工程应用价值.      

可重复使用飞行器末端能量管理段轨迹和制导研究

采用Bernoulli螺旋线来描述航向调整圆锥在水平面中的投影,以此为基础建立了可重复使用飞行器在航向调整段的动力学和运动学模型,提出了一种根据末端能量管理段起始点水平面位置和飞行器的能量/航程比动态来生成航向调整圆锥的方法,以及航向调整段和捕获段的制导方法;数字仿真结果表明,本文提出的轨迹设计和制导方法可以使可重复使用飞行器以自动着陆界面要求的速度和高度对准跑道,实现飞行器安全降落。     

航天型号研制工作分解结构（WBS）编制研究

对航天型号研制工作分解结构（WBS）编制的意义和作用进行了研究和探索，提出了WBS主要的相关定义、编制要求和主要框架。     

发射系下的SINS/CNS/GNSS组合导航UKF滤波算法

弹载系统的组合导航系统模型常建立在发射惯性坐标系下,且捷联惯性/天文导航/卫星导航（SINS/CNS/GNSS）是一种目前研究较多的组合模式。该组合导航系统的状态方程具有强非线性的特点,常用的滤波方法为扩展卡尔曼滤波（EKF）。为了提高组合导航系统的精度及可靠性,对该组合导航系统的无迹卡尔曼滤波（UKF）模型进行了设计,直接将姿态、位置与速度参数作为状态的一部分,利用CNS及GNSS提供的姿态与位置构成量测方程,并详细给出了姿态样本点的生成、均值及方差的生成过程。仿真结果表明,相对于EKF算法,采用UKF算法后各导航参数的精度可提高约20%~30%,并且系统的实时性也可以得到保证。     

新一代运载火箭动力系统试车总体试验技术研究

针对动力系统试验规模大、风险高、密度高、并行环节多、技术难度大等突出特点,试验主体承担单位细化落实试验主体抓总责任,充分发挥抓总、策划、牵引能力,注重工艺流程的持续优化、加强试验过程的统筹协调、安全防范和风险管控,统一指挥十余个参试系统,统领近十个参试单位形成的试验队有序工作,技术状态控制有效,确保了三型运载火箭八个模块十二次动力系统试车准时准点和圆满成功,为三型运载火箭按期首飞奠定了基础。     

海运及沿海发射期间航天产品的腐蚀风险与应对策略

海南发射场投入运行在即,在此发射的航天器在海运和发射场期间将面临着腐蚀的风险。文章对比了海南发射场与酒泉、西昌、太原等内陆发射场的腐蚀环境差异,例举了NASA肯尼迪航天中心在海运和发射场期间航天产品的腐蚀案例,分析了我国未来航天器在海运和海南发射场期间的腐蚀风险,并根据NASA、ESA对沿海发射场航天器腐蚀的应对策略,提出了相应的防腐蚀建议与措施。     

可重复使用运载器的耐坠毁缓冲装置的设计优化

针对采用四腿式着陆支架的可重复使用运载器,提出一种油气-蜂窝两级缓冲的新型耐坠毁缓冲装置,常规油气缓冲器实现重复使用,危险工况下蜂窝缓冲器实现耐坠毁功能。建立了运载器着陆动力学模型,给出了运载器着陆的四种极限工况及铝蜂窝压溃载荷的求解方法,基于径向基(RBF)代理模型,采用多学科协同优化方法,对多工况下运载器两级缓冲装置设计参数进行了优化。结果表明,多学科协同优化方法有着较好的准确性,优化后运载器的最大过载和缓冲支柱载荷峰值均得到降低。最后,对比了单独油气缓冲器与两级耐坠毁缓冲装置下运载器的着陆响应,结果表明,使用两级耐坠毁缓冲装置在降低运载器最大着陆过载和缓冲支柱载荷峰值上有着较为明显的优势。     

国外全电推进卫星平台的发展及启示

介绍了国外典型全电推进卫星平台的主要技术参数和最新研制进展,分析了这些卫星平台及其有关卫星的技术特点和发射情况/计划,以及全电推进卫星平台的应用优势与市场机遇,提出了对我国全电推卫星平台发展的启示和建议。