高精度模型下Halo轨道设计研究

针对未来地月L2点Halo轨道空间站长期停泊任务,研究了高精度模型下Halo轨道设计方法。首先,详细推导了圆型限制性三体问题(Circular Restricted Three Body Problem,CR3BP)质心会合坐标系与高精度模型地心J2000坐标系之间的转换关系,并在此基础上,将CR3BP下的闭合Halo轨道转换到地心J2000坐标系得到了高精度模型下Halo轨道迭代初值。其次,采用序列二次规划(Sequence Quadratic Program,SQP)构造多层迭代格式,在高精度模型下对初值进行逐层修正。最后,通过仿真测试,验证了该方法的可行性与有效性。该研究结果可为未来平动点任务标称轨道设计方案的制定提供参考。     

航天飞机再入大气层最优轨迹

本文研究航天飞机再人大气层最小气动加热的最优轨迹。文中考虑了地球自转的影响和气动加热、动压、过载对再入飞行的限制。在地心非惯性坐标系中,采用球面速度坐标系建立运动方程。再入点的运动参数是在惯性计算系中给出的,故地心非惯性系的再入参数是经过惯性计算系到非惯性计算系的转换而获得的。文中最优轨迹的性能指标采用气动加热量的最小值,最优轨迹的求解方法采用非线性规划法,即将控制变量参数化,把泛函的极值问题转变成函数的极值问题进行求解,因而可以利用函数优化方法的标准程序进行计算。本文在性能指标中引进了罚函数,并采用Powell方法求解无约束的最优化问题。文中进一步用运动参数描述控制变量,这不但便于初值的选择,而且还便于考虑一些参数变化规律的要求。本方法使用方便,计算结果稳定可靠。     

小天体环的轨道动力学

随着天文观测的深入,发现不仅土星、木星等气态巨行星环绕有光环,某些小天体也环绕有光环。针对目前发现环的半人马型小天体女凯龙星（10199 Chariklo）,研究其引力场中粒子（视为质点）的轨道动力学,分析赤道椭率和小天体自转对环中粒子轨道运动的影响,通过庞加莱截面中的KAM环迭代,得到第一类周期轨道和1∶3共振周期轨道,并通过对比和分析得到小天体光环位置与小天体自转平运动共振的关系。研究结果表明:女凯龙星内环中的粒子最可能处在满足径向振荡幅值范围的第一类周期轨道及其附近的准周期轨道上,但不能排除处在1∶3共振周期轨道及其附近的准周期轨道上;外环中的粒子不可能处在1∶3共振周期轨道上,只可能处在第一类周期轨道及其附近的准周期轨道上。      

大型不规则椭球回转面的曲面重构与仿真加工

提出了大型不规则椭球回转面的一种新的曲面重构与仿真加工方法.基于Geomagic Studio软件,处理大型不规则椭球回转面的采集数据点云,重构了实测曲面的等距面模型;采用Pro/E对实测曲面的等距面模型进行等距操作,生成实测曲面模型;利用Geomagic Qualify软件对实测曲面的等距面模型相对于原始数据点云,以...     

基于相对轨道要素的航天器相对运动碰撞分析

采用基于相对轨道要素的方法,建立了计算碰撺概率的数学模型.在二体圆轨道条件下,推导验证了与基于Clohessy-wiltshire(C-W)方程的碰撞模型的等价关系,并解决了C-W方程存在的若干问题.在航天器近距离相对运动构型设计中提出了基于相对轨道要素的碰撞分析方法,突出了相对轨道要素在构型设计以及碰撞分析中的作用....     

大型不规则椭球回转面的曲面重构与仿真加工

提出了大型不规则椭球回转面的一种新的曲面重构与仿真加工方法。基于GeomagicStudio软件,处理大型不规则椭球回转面的采集数据点云,重构了实测曲面的等距面模型;采用Pro/E对实测曲面的等距面模型进行等距操作,生成实测曲面模型;利用GeomagicQualify软件对实测曲面的等距面模型相对于原始数据点云,以及实测曲面模型相对于理论曲面模型进行误差分析;最后利用Pro/NC模块对实测曲面模型进行数控编程和仿真加工。研究结果表明,该方法提高了大型不规则椭球回转面的曲面重构精度,生成的标准数控加工程序具有可移植性,解决了原加工方法对专用设备的依赖。     

椭圆数字滤波器在动态风洞试验中的应用

由于动态风洞试验比常规静态试验有更多的噪声和干扰,传统的数据处理方法不能满足要求,因此综合考虑动态风洞试验数据的特点,比较不同类型数字滤波器的性能,选择运用椭圆数字滤波器,对动态风洞试验数据进行处理。给出了设计椭圆数字滤波器时所需要的近似求解雅可比椭圆函数的方法,并简单介绍了椭圆数字滤波器的设计过程,给出了必要的设计公式。根据某项目动态风洞试验的试验数据设计了一款低通椭圆数字滤波器,有效地减少了信号中的噪声和干扰,并已成功地用于项目中。     

在轨地球同步卫星地球敏感器干扰及指向计算

从工程应用角度,基于太阳、月球位置和卫星轨道根数推导了太阳和月球对地球同步轨道卫星红外地球敏感器干扰的计算公式及预报方法,同时给出了安全模式下卫星Z轴跟踪太阳时星上天线指向变化的计算模型。计算结果和卫星下传遥测数据验证了方法的正确性,可用于实际卫星管理。     

登月飞行器软着陆的非线性最优控制

主要考虑登月飞行器软着陆控制的问题。制导律和控制器的设计分两步完成。首先，利用一个微分同胚变换和一个非线性输入补偿，可以将登月飞行器的非线性动态模型转换成一个线性系统。然后利用经典最优控制理论中的由拉方程，标准最优制导律的解析解既可给出。第二步，利用日。控制理论，我们设计了一个最优反馈控制器保证了实际系统可以鲁棒渐进追踪最优标准轨道。最后通过仿真，可以看出飞行器实现了软着陆控制，着月速度小于给定值，说明方法的可行性和有效性。     

中低轨道卫星空间磁场分布计算

为提高地磁场估算精度，根据地球磁场及卫星轨道、地理、星体等坐标系间的转换关系给出了中低轨道卫星外层空间地磁场分布的计算模型，并用网格化和插值法建立了地磁场表。对某卫星的仿真结果表明：该法的计算精度较高，有一定的应用价值。