Crew autonomy for deep space exploration: Lessons from the Antarctic Search for Meteorites

Future piloted missions to explore asteroids, Mars, and other targets beyond the Moon will experience strict limitations on communication between vehicles in space and control centers on Earth. These limitations will require crews to operate with greater autonomy than any past space mission has demonstrated. The Antarctic Search for Meteorites (ANSMET) project, which regularly sends small teams of researchers to remote parts of the southern continent, resembles a space mission in many ways but does not rely upon a control center. It provides a useful crew autonomy model for planners of future deep space exploration missions. In contrast to current space missions, ANSMET gives the crew the authority to adjust competing work priorities, task assignments, and daily schedules; allows the crew to be the primary monitor of mission progress; demands greater crew accountability for operational errors; requires the crew to make the most of limited communication bandwidth; adopts systems designed for simple operation and failure recovery; and grants the crew a leading role in the selection and stowage of their equipment.     

Simulation analysis for effects of bone loss on acceleration tolerance of human lumbar vertebra

The purpose of the present study was to analyze and predict the changes in acceleration tolerance of human vertebra as a result of bone loss caused by long-term space flight. A human L3–L4 vertebra FEM model was constructed, in which the cancellous bone was separated, and surrounding ligaments were also taken into account. The simulation results demonstrated that bone loss has more of an effect on the acceleration tolerance in x-direction. The results serve to aid in the creation of new acceleration tolerance standards, ensuring astronauts return home safely after long-term space flight. This study shows that more attention should be focused on the bone degradation of crew members and to create new protective designs for space capsules in the future.     

火星大气进入段抗饱和固定时间阻力加速度跟踪制导律设计

研究了具有固定时间收敛特性的火星探测器大气进入段的标称轨迹跟踪制导问题。首先,针对横向运动,给出与速度成线性关系的航向误差漏斗走廊形式,完成了倾侧角的反号逻辑设计。与横程漏斗走廊反号逻辑相比,该逻辑计算量小,更适用于宇航计算机。与航向误差宽度走廊反号逻辑相比,该逻辑在高速状态下能够避免倾侧角的频繁切换,可提高任务成功的概率。其次,针对纵向运动,通过RBF神经网络补偿了倾侧角饱和问题,利用积分滑模设计了阻力加速度固定时间饱和跟踪制导律,其不仅可有效消除滑模控制的抖振问题,且将跟踪误差以两种不同形式引入制导律,能够加速收敛,能够保证跟踪误差在固定时间内快速收敛至0。最后,通过数值仿真验证了所设计的横向倾侧角切换逻辑和纵向制导律对标称轨迹的快速、精确跟踪能力。     

多阶段任务系统通用可靠性仿真模型

归纳了当前多阶段任务系统(PMS,Phased Mission Systems)可靠性建模的基本假设,指出了解析模型描述和求解能力的不足以及仿真模型存在的难以转换的缺点.应用着色Petri网(CPN,Colored Petri Net) Tools建立PMS的多层通用仿真模型:顶层控制模型将PMS各阶段的故障树参数化,作为CPN通用仿真模型的输入;单阶段处理模型根据顶层控制模型的输入判别该阶段顶事件是否发生;底事件处理模型通过比较随机数和故障发生概率的大小产生故障.通用仿真模型可以保持模型结构的稳定,同时又简化了仿真模型的生成.案例对比了CPN仿真模型与二元决策图(BDD,Binary Decision Diagrams)算法的可靠性计算结果,证明了模型的正确性;具有动态变化参数的PMS仿真则说明了模型的适用性.      

技术成熟度评价方法及其在交会对接任务中的应用

介绍了技术成熟度等级和评价的概念,简述了技术成熟度评价在国外航天工程中的应用情况,提出了航天工程技术成熟度评价标准,包括开展技术成熟度评价的目的、技术成熟度的详细定义及其内涵,并以技术成熟度等级五级为例,给出了具有可操作性的评价细则以及实施要点,通过交会对接任务中运载火箭评价应用实例对技术成熟度评价的应用进行了说明。     

基于飞行任务的飞行品质评估方法

提出一种基于飞行任务的飞行品质的评估方法.介绍了基于飞行任务的飞行品质评估方法的流程,以及常规迎角下机动动作的选取方法与大迎角下机动动作的选取方法,分析了标准评估机动任务库的选取方法.以实际飞行任务和战术要求为依据,建立了标准评估机动任务库,并明确了各机动动作与飞行品质分析的对应关系,飞行品质评估的环境组成.并基于大迎...     

火星信道衰落特性对通信链路预算的影响

对火星星体段的信道衰落特性进行研究.通过对近火段自然环境因素的分析,提取影响火星通信性能的因素,重点分析火星的大气、云雾、沙尘对通信信道的衰落作用机理;并以NASA实际火星探测任务为例,针对以上衰落因素对UHF,S,X和Ka频段下的通信链路影响情况进行仿真;结合实际探测数据对地球通信链路预算模型进行修正,提出一种适用于火星通信链路预算的模型;明确火星大气衰落、云雾衰落、沙尘衰落的取值范围.研究结果可作为火星及其他深空探测任务的通信系统设计与链路复核复算的参考.     

一种快速响应型小卫星的自主任务规划设计与应用

浦江一号卫星是由上海航天技术研究院研制的一颗快速响应型小卫星,于2015年9月成功发射,卫星质量347 kg,运行在高度481 km的太阳同步轨道.为高效、高精度识别定位地面大范围广泛而随机分布的电磁辐射目标,浦江一号卫星提出了基于单星电磁信号监测载荷与光学成像载荷综合应用的在轨自主任务规划方案.在轨应用表明:该设计解...     

变循环发动机对战斗机任务性能影响计算研究

为了研究战斗机任务性能模型的可行性,以战斗机为研究对象,假设其安装变循环发动机,以F-22战斗机机内燃油和带副油箱的任务性能为标准结果,考虑全部的飞行过程,对所建立的模型进行可行性验证。结果表明:计算得到的F-22战斗机内燃油和带副油箱任务性能与文献中的标准结果十分接近,误差分别为0.76%和0.24%;假设的变循环发动机使得加速及超声速飞行等涡喷模式的耗油率降低20%,亚声速巡航航段涡扇模式的耗油率降低25%,变循环发动机能够使战斗机的转场航程增加27.2%,亚声速截击任务剖面的作战半径增加29.1%。本算法具有一定的准确性,可信度较高。     

磁阻尼对火星探测器降落过程的动力学效应

火星稀薄的大气使得探测器再入火星时难以获得足够的减速阻力,为此,文章提出利用磁阻尼增加阻力的概念。高速再入的探测器与火星大气剧烈摩擦产生等离子体,利用探测器上的磁偶极场将等离子体捕获,同时在火星大气中形成一个“磁泡”区域并跟随探测器。由“磁泡”束缚的等离子体与来流的中性气体发生碰撞获得动量,又通过磁场作用将动量传递给探测器,从而使探测器获得一定的减速阻力。在磁阻尼的作用下,在同样的开伞高度探测器速度可降至更低,而低速开伞又可提高阻力伞打开的可靠性。因此,磁阻尼不仅可加快降低再入速度,而且还有助于提高探测器着陆火星的安全性。