大跨时空任务背景下的太阳能无人机任务规划技术研究进展

通过任务规划技术合理的优化太阳能无人机的飞行轨迹和动力学参数,能够有效提高太阳能无人机的能量利用率,使其胜任许多大范围跨时间跨空间飞行任务。从能量建模、续航评估和能量管理策略3个方面对大跨时空任务背景下太阳能无人机任务规划技术的研究进展进行了综述。在能量建模方面,介绍了当前主流的太阳辐射模型和能量生产基本框架;在续航评估方面,分析了目前的指标设计和应用方法;在能量管理策略方面,从能量综合应用、风力滑翔机制、轨迹优化方法和面向特定任务的应用4个角度,梳理了当前的研究现状。最后,对该领域未来可能的研究方向进行了展望。     

基于目标特性的航天器太阳光压面积计算方法

太阳光压是影响深空探测航天器轨道确定与预报精度最主要的摄动力.针对实际任务需求,采用了一种基于目标特性的光压面积建模与计算方法,根据航天器形状、尺寸、表面材料以及材料光学特性等信息,实现了分析型光压模型的建立与求解,提高了计算效率和精度,可快速计算目标在光照方向上的光压面积、投影面积以及光压比例因子等参数.通过长方体光压面积理论值与仿真值的对比,验证了该方法的准确性和有效性.针对复杂结构探测器开展了光压面积计算,可为深空探测航天器精密定轨中的光压模型解算、定轨及预报提供参考.     

基于传输矩阵法的等离子体鞘套传输特性分析

引入分层模型传输矩阵法,分析高速临近空间飞行器等离子体鞘套传输特性.通过对典型飞行器模型进行纳维-斯托克斯方程组数值求解,仿真了等离子体鞘套的流场电子密度分布,分析了电磁波在等离子体鞘套内传输时的衰减常数,给出信号传输的反射系数和透射系数.基于传输矩阵法的仿真结果与理论分析结果和时域有限差分法仿真分析结果有良好的一致性,同时,该方法有效降低了计算复杂度,适用于任意电子密度分布和厚度的等离子体鞘套传输特性的数值求解.     

改进FMECA在空间电源分系统中的应用

故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法广泛应用于航天领域,并较早地形成了航天领域内的FMECA规范,基本满足型号常规使用的要求。但是,随着航天产品的日益复杂及高可靠性的要求,FMECA规范已无法完全适用,尤其是FMECA工作的有效性和全面性有待进一步研究。本文从三方面提出改进FMECA的方法程序,包括改进功能和结构分析方法,完善FMECA表格,增加发生可能性的级别,同时以电源分系统的分流调节器为例,验证改进后FMECA方法程序的可行性。分析结果显示:改进后的FMECA分析层级清晰,表格填写规范,故障模式和故障原因分析更全面,更有利于发现薄弱环节,并有针对性地指导产品开展设计改进,提高产品可靠性。     

面向太空制造的复合材料3D打印与回收利用

面向太空制造资源紧缺问题,提出了两种基于连续纤维3D打印的复合材料回收再利用技术。利用碳纤维复合材料逆向熔融抽丝方法,实现碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）预浸丝回收。提出聚苯硫醚（PPS）自增强复合材料过冷3D打印工艺,实现自增强复合材料成形与回收再利用。研究了回收前后材料微观结构、力学性能的演变规律,回收预浸丝再次打印获得CF/PEEK试样,其弯曲强度和模量较原始复合材料分别提升4.8%和50.8%,PPS自增强复合材料回收再次打印后相比原始PPS材料直接打印,试样弯曲应变提高了13.8%,韧性显著提升,实现非降级回收。探讨了面向太空制造的3D打印复合材料全生命周期回收再利用策略,为未来太空制造发展提供支撑。     

Cutting the bread

Why the draft Treaty on the Prevention of the Placement of Weapons in Outer Space, the Threat or Use of Force Against Outer Space Objects (PPWT) will not work - whereas the Code of Conduct for Outer Space Activities may.     

火星表面微生物存活的潜力和限制因素分析

评估微生物在地外行星表面的存活状况是深空探测活动中实施地外生命探测和行星保护的前提条件之一。文章分析了火星表面环境特征及其对微生物存活的影响,以及在火星探测活动中微生物存活的潜力;归整出可用于微生物对火星环境适应性研究的空间模拟平台和地面环境模拟设备,并指出要模拟真实火星环境仍需改进多功能模拟设备。研究微生物在火星环境中存活和适应机制对于地外生命探测、地外生物安全风险评估以及深空探测工程应用有重要意义。     

复杂动态环境下无人飞行器动态避障近似最优轨迹规划

针对复杂动态环境下无人飞行器的动态障碍规避问题,基于合理假设建立了无人飞行器和动态障碍的运动学模型,并综合考虑无人飞行器飞行过程中的终端约束、控制输入约束、安全避障约束等,以能量最少为性能指标构建动态避障问题数学描述。之后,针对终端约束和控制输入约束,依据优化模型预测静态规划算法(OMPSP)生成初始轨迹;针对动态避障问题的不等式约束,引入松弛变量并结合滑模变结构控制方法设计松弛变量动力学,实现对一个、多个或同时多个动态障碍的安全规避;最后,依据有限时间微分动态规划(RHDDP)算法进行轨迹优化,获得满足上述各种约束并能规避动态障碍的近似最优轨迹。     

基于排队模型的航天器环模设备负载能力分析

一般真空热试验对于空间环境模拟设备的占用时间长达7～30天。随着发射任务量的增加,试件排队等待进行试验的情况时有发生。文章针对这种情况,以一组中型环模设备为对象,统计分析了其近5年的试验任务量,结果显示：试件的到达间隔时间近似服从负指数分布,试验持续时间近似服从Gamma分布。基于此,建立了描述试件进行真空热试验的M/G/k排队模型,通过蒙特卡罗方法给出了不同试验持续时间分布、不同任务量下的平均排队长度、平均排队时间等关键指标,可为未来相应设备的建设与规划提供参考。     

空间机械臂在轨维护任务规划与验证研究

随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施,航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务。为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率,需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证。航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程,涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容。以航天员舱外维护空间机械臂为背景,建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统,验证航天员可达性及维修过程可操作性分析,评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性,为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据。