安全约束下的空间翻滚目标涡流消旋稳定控制

针对空间翻滚目标涡流消旋任务执行效率低和抵近安全无保证的问题,首先基于椭球包络法给出了服务星机动轨迹的直接线性凸化安全约束,以确保机动过程的安全性和最优轨迹跟踪问题的有限时间可解性;设计了垂直构型下空间消旋任务的抵近期望轨迹以增强服务星消旋力矩的作用强度,缩短任务周期。在此基础上,提出了一种反馈线性化的收缩模型预测控制(FLC MPC)算法,有效跟踪所提出的期望轨迹,并严格保证安全约束及控制输入约束下受控系统的稳定性。最后,利用所提出的控制方法对阿丽亚娜 4火箭上面级进行消旋仿真,结果表明该方法能有效提高消旋效率,并保证服务星的安全稳定。     

近地卫星和星座离轨机动研究

空间碎片减缓的积极措施之一是要求近地卫星在使命完成以后进行离轨机动,然后依靠大气阻力作用使卫星在不到25年的时间内自行消失.对此,研究了离轨机动的代价与使命后寿命的关系,提出并解决了正问题和逆问题;介绍了计算卫星寿命的高效率方法.为近地轨道卫星的设计提供了处理离轨机动问题的实用方法.     

空间物理学科发展战略研究

空间物理学是人类进入空间时代后迅速发展起来的一门新兴的多学科交叉的前沿基础学科。其将太阳和太阳风控制的日球层空间作为一个系统,研究太阳/太阳风与行星/彗星的上层大气、电离层、磁层乃至星际介质之间的相互作用。空间物理学从本质上讲是一门实验科学,空间物理探测是空间物理学发展的基础。进入新世纪,随着空间基础设施和人类高技术活动的日益频繁,空间物理学进入新的发展阶段,强调科学与应用的密切结合。近年来,空间物理学取得了一系列重要进展。本文对接国家自然科学基金委地球科学部“宜居地球−地球系统科学”的顶层战略设计,梳理总结近年来空间物理各学科发展动态和趋势,凝练中国空间物理学未来发展的重点领域,优化学科布局,推进空间物理各学科的高质量发展。     

MESSENGER and the Chemistry of Mercury’s Surface

The instrument suite on the MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) spacecraft is well suited to address several of Mercury’s outstanding geochemical problems. A combination of data from the Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (GRNS) and X-Ray Spectrometer (XRS) instruments will yield the surface abundances of both volatile (K) and refractory (Al, Ca, and Th) elements, which will test the three competing hypotheses for the origin of Mercury’s high bulk metal fraction: aerodynamic drag in the early solar nebula, preferential vaporization of silicates, or giant impact. These same elements, with the addition of Mg, Si, and Fe, will put significant constraints on geochemical processes that have formed the crust and produced any later volcanism. The Neutron Spectrometer sensor on the GRNS instrument will yield estimates of the amount of H in surface materials and may ascertain if the permanently shadowed polar craters have a significant excess of H due to water ice. A comparison of the FeO content of olivine and pyroxene determined by the Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer (MASCS) instrument with the total Fe determined through both GRNS and XRS will permit an estimate of the amount of Fe present in other forms, including metal and sulfides.     

空间微小尘埃质量累积测量方法

利用石英晶体微量天平(QCM)测量技术,开展了针对空间微小尘埃累积质量流的原位测量方法研究,建立了石英晶体电极表面与尘埃粒子吸附的黏附力系数模型。结果表明,当电极表面与尘埃粒子的黏附力系数kmω02时,石英晶体电极表面累积尘埃粒子的质量与石英晶体振荡频率的关系符合Sauerbrey公式。在上述结论的基础上,采用在石英晶体电极表面涂敷黏性薄膜的方法实现了对微小尘埃粒子累积质量流的测量,对理论模型进行了验证。     

空间站电动工具开关按钮性能退化特性加速寿命试验与可靠性评估

面向中国空间站在轨寿命评估与延寿需求,以舱外电动工具开关按钮为对象,开展综合考虑在轨长期贮存与短期作业交替影响的加速寿命试验,设置多温度水平,研究开关按钮性能退化特性和失效机理,并采用基于伪寿命分布的可靠性评估方法开展评估工作。加速寿命试验结果显示：开关按钮在50 ℃和80 ℃温度下出现按压力松弛现象,按压力退化与时间呈线性关系;在110 ℃和140 ℃温度下出现卡滞、卡死和润滑脂溢出现象,且按压力迟滞量在贮存后期显著增大。可靠性评估结果显示：开关按钮满足10年寿命末期可靠度0.995 4的指标要求。文章所述研究方法可为空间站内其他长期贮存单机的可靠性评估提供借鉴。     

空间机械臂关节零部件对关节总刚度的影响分析

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度的计算模型,分析了各级齿轮扭转刚度对关节总扭转刚度的影响,为空间机械臂大传动比关节的轻量化高刚度优化设计提供了技术途径。     

基于小波变换的单脉冲雷达目标RCS测量方法研究

随着现代信号处理技术的发展,对非平稳信号分析和处理的小波分析技术已成功应用于雷达目标特性分析领域,大功率单脉冲雷达作为我国航天测控网的主干设备,具有一定的目标特性识别能力。本文主要针对脉冲雷达RCS测量原理,讨论了基于小波变换的单脉冲雷达空间目标RCS测量方法,提出应发挥窄带低分辨率雷达在未来空间目标识别中的作用。     

自由漂浮空间机器人多约束混合整数预测控制

针对空间机器人完成任务时需要躲避障碍物的问题,提出一种自由漂浮空间机器人的混合整数预测控制方法。首先,在模型预测控制方法框架下,机械臂关节的物理限制,躲避障碍物的要求被统一描述为最优控制问题下的不等式约束,可以得到自由漂浮空间机器人具有线性二次规划形式的最优控制律。其次,基于命题逻辑建立控制问题中各约束的优先级,保证在最大程度地满足约束的情形下得到控制问题的解,有效弥补了模型预测控制方法用于空间机器人控制时,多约束可能导致最优控制问题不可行的不足。最后,仿真结果校验了所设计控制律的有效性。