材料次级电子发射特性对表面充电影响的数值计算研究

表面充电是最早被人们发现的空间环境效应, 是由空间环境引起的航天器异常和故障的主要诱因之一. 采用较精确的金属二次电子发射公式和局部电流平衡模型, 在无光照的情况下, 对不同表面材料及不同几何形体的航天器表面充电电位进行计算, 并绘制了表面材料的充电电位与最大二次电子发射系数之间的关系曲线. 根据数值计算结果及次级电子发射系数和曲线图得知, 航天器阴面充电电位与表面材料的原子序数、最大二次电子发射系数和入射离子引起的次级发射系数均有关. 该计算对航天器表面材料的选取和设计工艺有一定的参考价值.      

卫星天线极化隔离度在轨测试方法与误差分析

建立卫星天线极化隔离度在轨测试的全程链路模型,分析交叉极化分量产生的机理,给出一种符号表示方法标识由各天线馈源激励产生的各段链路上的信号。分析和实际测试结果表明,主极化和交叉极化接收通道都会在2个相近的频点上产生多个极化分量矢量合成的信号,如果频谱仪分辨率设置不当,则得不到正确的测试结果。由于无法完全分离地面天线和卫星天线产生的交叉极化分量,卫星天线极化隔离度受到地面天线极化隔离度的影响。此外,还描述了高精度测量的卫星天线极化隔离度在轨测试流程和误差分析方法。     

激光参数对光船性能影响分析

采用三温度11组元热化学非平衡空气模型计算了激光能量在等离子体中的沉积过程,并在激光脉冲作用结束8 μs后采用平衡空气模型,完成激光推进光船工作过程的数值模拟,研究了不同入射激光能量和脉冲宽度对光船推进性能的影响。结果表明:当脉冲宽度相同时,入射激光能量越大,所得冲量耦合系数越大;当入射激光脉冲能量相同时,脉冲宽度越小,所得冲量耦合系数越大。将计算所得冲量耦合系数与Schall实验所得结果进行比较,结果非常吻合。     

圆轨道航天器八面体编队构型轨道动力学分析

提出一个全新的八面体航天器编队构型,该构型体现出当前编队飞行多种轨道构型的特征,同时也适于作为空间演示试验的编队飞行模式。八面体编队构型的设计思路是基于C-W方程,轨道平面内沿航向编队构型可利用轨道动力学自然保持,正上方或正下方编队构型则需要依靠平面内控制来实现,垂直轨道平面的编队构型需要施加法向控制来实现。对基于C-W方程的悬停动力学模型进行了精度分析,最后以低轨道航天器的八面体编队构型为例进行了数学仿真验证。     

Spacecraft formation flying: A review and new results on state feedback control

This paper presents a review of previous work within the field of spacecraft formation flying, including modeling approaches and controller design. In addition, five new approaches for tracking control of relative translational motion between two spacecraft in a leader–follower formation are derived. One PD controller with feedback linearisation is derived and shown to result in an exponentially stable equilibrium point of the closed loop system. Four nonlinear controllers are derived and proved by using Lyapunov theory and Matrosov's theorem to leave the closed loop system uniformly globally asymptotically stable. Results from the simulation of the system with the derived controllers are presented, and compared with respect to power consumption and tracking performance.     

Impact of the orbital eccentricity on the attitude performance before and after the deorbiting phase for Alsat-1

Due to the presence of periodic forcing terms in the gravity gradient torque, orbit eccentricity may produce large response for the roll, yaw and pitch angles. This paper investigates the influence of the orbit eccentricity on the performance of the attitude determination and control subsystem (ADCS) pointing of passive Low Earth Orbit (LEO) satellites stabilized by a gravity gradient boom or having long appendages before and after the deorbiting operation. The contribution of this work is twofold. First, the satellite attitude dynamics and kinematics are modeled by introducing the orbit eccentricity in the equations of motion of a LEO satellite in order to provide the best scenario in which satellite operators can keep the nominal functionality of LEO satellites with a gravity gradient boom after the deorbiting operation. Second, a Quaternion-based Extended Kalman Filter (EKF) is analyzed when the orbit eccentricity is considered in order to determine the influence of this disturbance on the convergence and stability of the filter. The simulations in this work are based on the true parameters of Alsat-1 which is a typical LEO satellite stabilized by a gravity gradient boom. The results show that the orbit eccentricity has a big influence on the pointing system accuracy causing micro-vibrations that affect the geocentric pointing particularly after the deorbiting phase. In this case, satellites have no orbital correction option. The Quaternion-based Extended Kalman Filter analyzed in this paper, achieved satisfactory results for eccentricity values less than 0.4 with respect to pointing system accuracy. However, singularities were observed for eccentricity values greater than 0.4.     

航天器测控资源调度模型及算法

航天器测控资源调度问题研究的目的是通过一定的调度方法科学地分配有限的地面测控资源和最大化地完成航天器测控任务。在参考面向任务执行计划的航天器测控资源调度模型研究的基础上,文章提出了面向可见窗口的航天器测控调度模型,并给出了问题的确定性分支定界求解算法及其计算复杂度分析。最后,通过仿真计算验证了算法的有效性和实用性。     

基于偏置角动量的欠驱动航天器姿态保持控制

对有扰情况下欠驱动航天器三轴姿态保持控制问题进行了研究,提出一种基于俯仰偏置动量轮和滚动轴推力器的姿态保持控制方法。该方法基于偏置动量航天器滚动-俯仰轴耦合的原理实现,避免了欠驱动零动量航天器平衡点附近欠驱动轴耦合弱的问题;将航天器的姿态运动分为长周期运动和短周期运动,用极点配置方法进行控制律设计,给出保证系统稳定的参数选取范围,求出了系统稳态误差。最后,通过数值仿真验证了所设计的控制器不但能快速消除初始姿态偏差,而且能抵抗外干扰将航天器姿态保持在平衡点附近。     

脉冲推力轨道拦截可达性描述及求解方法

针对航天器单脉冲轨道拦截可达性分析问题,基于共面变轨、逆轨拦截假设,考虑能量、时间和交会角约束,提出了拦截航天器可拦截区和可发射区的概念。在航天器单脉冲空间可达范围的基础上,进一步考虑了目标轨道的约束,建立了目标轨道命中区的计算策略,对异面轨道交叉点为燃料最省点做出了解释。把拦截可达性相关的问题归纳为8个基本拦截问题,通过这8个问题的组合,描述了考虑能量、时间和交会角约束下拦截问题的可拦截区和可发射区的计算方法。采用圆轨道共面变轨、逆轨拦截场景进行了仿真验证,结果表明该方法能够快速有效地计算出约束条件下航天器的拦截可达范围,能够用于分析特定任务情况下的拦截可达性。     

自由分子流微电热推力器工作特性和性能研究

微推进地面试验系统由推进剂贮存供应控制单元、电源供应控制单元、虚拟仪器测控单元和推力器等组成。通过FMMFL的设计加工和地面试验系统建设,在大气状态下,对FMMR的工作特性和性能进行研究,并与理论分析和数值模拟计算结果进行了对比分析。研究结果表明,在大气状态下,基于MEMS的薄膜温度传感器和薄膜加热器工作稳定;当输入功率为14．6W,工作压强为100Pa时,推力器工作温度为600K。推进剂工质为N2时,质量流量为3．720mg／s,比冲为54．254s,推力为1．979mN;推进剂工质为H2O时,质量流量为2．976mg／s,比冲为68．163s,推力为2．000mN。FMMR的各项性能参数与理论分析结果一致。通过优化设计和系统集成,FMMR的性能将得到进一步提高。