美国可复用运载器现行方案概况

美国近期的可复用运载器(RLV)方案包括由各公司为美国航宇局相关计划提出的各种实用飞行器方案(如基斯特勒宇航公司的K-1、凯利空间与技术公司的“宇宙航班”、先锋火箭飞机公司的“探路者”、旋转火箭公司的“罗坦”、通天有限公司的SA-1、波音公司的两级入轨运载器、诺斯罗普·格鲁曼/轨道科学公司的“太空的士”、通用太空航线公司的“太空飞船”以及机组转移飞行器(CTV)与机组救生飞行器(CRV))、由美国航宇局负责的X系列试验飞行器和最新提出的“机组探测飞行器”方案以及一些军用可复用运载器方案。但其中绝大多数方案已成为历史。下面我们选取了几种正在研究的主要方案加以介绍。     

美国试验小卫星XSS-11系统

一、概述 试验卫星系列（XSS）是美国空军研究实验室（AFRL）、空军航天与导弹系统中心、海军研究实验室等机构联合开展的一项研究项目。美国实施试验卫星系列计划的目的是研制一种全自主控制的微小卫星，这种卫星具有在轨检查、交会对接以及围绕轨道物体近距离机动的能力。XSS-10系统是XSS系列计划中的第一个系统，XSS—11系统是XSS系列计划中的第二个系统。     

低地球轨道等离子体环境引起的高压太阳电池阵电弧放电现象的研究

把高压太阳电池阵放入低地球轨道中就会发生电弧放电,会造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏和其它负作用.文章先介绍了电弧放电的理论观点,包括Park和Hastings的假说以及Cho和Hastings的理论扩展,对放电起因、过程及研究现状进行了分析.然后给出几个典型的飞行实验及地面模拟实验的结果,证实了高压太阳电池阵在等离子体环境中电弧的产生,并发现偏置电压与高压太阳电池阵的放电率之间有密切的关系.文章最后介绍了在实验室研究过的6种减缓电弧放电的方法,并对其优缺点进行简单讨论.     

LEO等离子体环境中HVSA的电弧放电研究

把高压太阳电池阵放入低地球轨道中就会发生电弧放电,造成航天器表面退化、电磁干扰、PN结破坏和其它负作用.文章在阐述电弧放电机理的基础上,介绍了在试验室模拟等离子体环境中进行的两次放电试验.其中一个试验使用的是太阳电池阵物理等效模拟试件,另一个则是真实的太阳电池阵样品.试验得出了两种样品在等离子体环境中的放电位置、放电阈值电压,并发现环境与太阳电池电压及放电率等相关参数的关系.比较两个试验可以看出,在相似的环境下,模拟试件的放电阈值比较大.文章最后对试验现象的发生原因进行了初步的分析.研究LEO等离子体环境与HVSA之间的相互作用,并采取相应的防护措施,是大型空间活动必须解决的关键技术之一.     

并联六自由度对接平台运动学标定方法研究

对并联六自由度对接平台的结构参数标走问题进行了研究。通过实测运动平台的位姿变化以及对应六根丝杆的增量，提出了直接确定结构参数的标定方法，与传统标定方法相比，避免了迭代计算与收敛判断。仿真验证表明了所提方法的有效性和实用性。     

基于碰撞概率的交会对接最优碰撞规避机动

发展了一种求解交会对接过程中最优碰撞规避机动的方法,可以在保证碰撞概率降低到安全值的前提下得到最优的避撞机动冲量。这种方法采用机动方向和机动大小分步求解的策略来计算机动冲量。机动方向通过求碰撞概率对于机动冲量的梯度得到,机动大小通过求解一个非线性方程得到。最后,采用这种方法针对交会对接中常用的径向冲量V-ｂａｒ转移轨迹进行了碰撞规避机动计算,计算结果表明本文的方法能够满足交会对接碰撞分析的需求。     

交会对接光学成像敏感器光点布局求解有效性研究

在自主交会对接的最后逼近段,CCD光学成像敏感器作为主要的导航敏感器,其测量的有效性直接关系到交会对接导航信息获取的准确性。目标标志器上的光点个数和光点布局是影响光学成像敏感器测量有效性的重要因素。本文首先给出四光点平面布局真伪解之间的转换关系,在此基础上对增加一个突出光点的五光点布局和增加两个突出光点的六光点布局求解的有效性进行理论分析,对四光点、五光点布局求解出现伪解的情况给出伪解判别条件和解决方法,并通过仿真验证了有效性。     

基于靶标图像的航天员手控交会对接方法

根据国外的工程经验,在交会对接人工控制方式下,航天员通过靶标图像判断两飞行 器间的相对运动状态进而实施控制,本文根据俄罗斯人控模式下靶标模型建模仿真,从理论 分析和图形化描述两个方面说明了基于靶标图像航天员判断相对运动状态的难点,从中分析 了一套航天员手控规律,并通过仿真实例验证了这套规律的可行性,提供航天员手控操作方 法。
     

基于ADAMS的空间断接器仿真研究

利用三维造型软件Pro/E和机械系统动力学仿真分析（Automatic Dynamic Analy-sis of Mechanical System,ADAMS）软件平台建立了空间断接器虚拟样机模型,通过模拟空间断接器的对接、浮动、退让等一系列过程及技术分析,给出了空间断接器的运动特性及对接参数,可为空间断接器优化设计提供了详实、可靠的数据。     

空间对接机构对接锁系同步性仿真研究

对接锁系运动同步性指标是空间对接机构实现正常连接和分离的重要技术参数。对接锁系运动同步性仿真的难点在于柔性钢索在ADAMS中的模化问题,通过数学关系以子程序的形式来模拟钢索的作用,以此来研究对接锁系的同步性问题。最后,依据仿真结果指出了影响对锁锁系的同步性问题的主要因素并给出了合理的仿真建议。