RLV末端能量管理段轨迹在线规划与制导

针对可重复使用飞行器（RLV）末端能量管理段利用数值优化算法在线规划轨迹的实时性无法保证,工程应用性差的问题,在末端能量管理段的航向调整段（HAC）轨迹前增加直线预测捕获段(PASL),并在该阶段提前完成末端区域能量管理(TAEM)段轨迹的在线规划,从而降低工程中对轨迹在线规划方法实时性的高要求。首先,通过求解零气动角下的质点运动方程解析解,得到直线预测捕获段结束点的飞行状态预测值作为TAEM段轨迹的初始点状态。然后,在线求解以航向调整段进入点飞行器航向角偏差最小为目标函数,以动压、过载和速度滚转角限制为约束的非线性规划问题,得到航向调整螺旋线中心的最优位置。最后,设计了以规划轨迹确定的标称气动角指令为前馈,以跟踪偏差的比例+微分律生成指令(PD)为反馈的TAEM段制导律。算例仿真校验了本文基于弹道预测的末端能量管理方法的有效性。     

信息集成在航天运输控制系统中的应用研究

文章从信息集成的角度提出四项一体化设计方法。制导与弹道的一体化设计,采用联立法实现用统一的架构解决复杂约束下飞行器自主动态轨迹规划问题。结果表明这种架构能够灵活处理各种约束条件并具有很高的控制精度,后续的重点是进一步提高计算效率。自检测BIT与地面测试的一体化设计,通过基于高速测量总线的窃听技术、基于模型和数据驱动的自动判读技术以及系统在回路的综合测试技术,实现快速发射和减少技术保障人员的目标,并已逐步开始应用。控制与测量系统的一体化设计,通过平台化的设计方案实现功能模块的集成、重用和重组,降低开发成本,避免重复投资。模型驱动的软硬件一体化设计,通过构建软硬件协同设计平台,实现算法、软件、硬件的并行设计和综合仿真,为系统方案的选择提供定量分析工具。上述信息集成技术为基础理论研究、系统实现和设计方法学等提供新的思路,提升控制系统的自主性和适应性,拓展控制系统的作用,增强快速反应能力,并能有效降低成本。     

电动帆航天器谷神星探测任务轨迹优化

针对电动帆航天器谷神星探测任务轨迹优化问题,提出一种基于高斯伪谱法和遗传算法的混合优化算法。为了验证所提出的混合优化算法有效性,并考察任务起始时间和电动帆特征加速度对探测任务的影响,进行了一定数量的数值仿真。仿真结果表明：电动帆航天器自地球至谷神星的飞行时间随着起始时间的变化呈周期性波动,波动周期基本与地球和谷神星的会合周期一致;电动帆航天器的特征加速度越小,完成过渡所需要的飞行时间越长,且一个具有中等特征加速度的电动帆航天器便能在可接受的时间内完成自地球至谷神星的过渡;所提出的混合优化算法是有效的,能够在无任何初值猜测的情况下完成电动帆航天器飞行轨迹的优化。     

基于多分辨率技术的滑翔飞行器轨迹优化算法

针对滑翔飞行器轨迹优化展开研究。采用了考虑地球扁率和自转的动力学模型,大气模型采用较精确的大气模型。滑翔式飞行器轨迹优化具有强非线性和多约束等特点,为克服传统优化方法对初始值较敏感且难以处理航路点等状态约束,同时在精度和计算速度之间取得一定的平衡,提出采用基于网格自适应的多分辨率技术对滑翔飞行器轨迹进行优化,并对航路点约束提出了相应的处理策略。针对包含航路点、禁飞区和终端约束的典型工程问题展开了轨迹优化研究。仿真实验表明,一条行程12400 km的滑翔弹道优化耗时约200 s,验证了该算法的有效性,对工程实践具有一定的参考意义。     

Optimal spacecraft rendezvous using the combination of aerodynamic force and Lorentz force

This paper presents a propellantless spacecraft rendezvous method by using the optimal combination of aerodynamic force and Lorentz force. Aerodynamic force is provided by the rotations of the plates attached to the spacecraft, and Lorentz force is achieved by modulating spacecraft's electrostatic charge. Considering the limitation of the charging level of the spacecraft and physical constraints of the plates system, an optimal open-loop rendezvous trajectory is designed, which aims to minimize the energy consumed to actuate the hybrid system. The rotation rates of the plates and the electrostatic charge are constrained in the optimization problem, which is solved via the Gauss pseudospectral method. To track the open-loop trajectory in the presence of external perturbations, a novel adaptive nonsingular terminal sliding mode controller is designed. The stability of the closed-loop system is proved by the Lyapunov-based method. Several numerical examples are conducted to verify the validity of both the open-loop and closed-loop control strategy.     

IP组播技术在遥测数据传输中的应用分析

在试验场遥测实时数据传输中,为满足传输数据量大、实时性高的要求,在网络数据传输中应用IP组播技术.通过分析网络性能和传输数据的特点,对传输数据进行设计,实现实时数据不丢帧传输.     

气动引力辅助的火星自由返回轨道设计方法

为更准确地描述大气飞行过程,提出一种三段式大气飞行模型,将大气飞行段分为下降段、平飞段和上升段,使用大气飞行角和航迹角描述飞行过程,并建立了相应的计算模型。对“地球-火星-地球”、“地球-火星-金星-地球”和“地球-金星-火星-地球”自由返回轨道序列的优化结果表明,三段式模型可以准确描述气动引力辅助过程,同时气动引力辅助技术可以有效提升自由返回轨道性能,如减少转移时间,降低燃料消耗等。     

Design of transfer trajectories between resonant orbits in the Earth–Moon restricted problem

The application of dynamical systems techniques to mission design has demonstrated that employing invariant manifolds and resonant flybys enables previously unknown trajectory options and potentially reduces the ΔV requirements. In this investigation, planar and three-dimensional resonant orbits are analyzed and cataloged in the Earth–Moon system and the associated invariant manifold structures are computed and visualized with the aid of higher-dimensional Poincaré maps. The relationship between the manifold trajectories associated with multiple resonant orbits is explored through the maps with the objective of constructing resonant transfer arcs. As a result, planar and three-dimensional homoclinic- and heteroclinic-type trajectories between unstable periodic resonant orbits are identified in the Earth–Moon system. To further illustrate the applicability of 2D and 3D resonant orbits in preliminary trajectory design, planar transfers to the vicinity of L₅ and an out-of-plane transfer to a 3D periodic orbit, one that tours the entire Earth–Moon system, are constructed. The design process exploits the invariant manifolds associated with orbits in resonance with the Moon as transfer mechanisms.     

跨介质飞行器倾斜入水弹道拉平特性研究

为了探究预置舵角对跨介质飞行器倾斜入水弹道转平的影响,首先,基于有限体积法,结合SST k-ω湍流模型、VOF模型以及重叠网格技术建立了跨介质飞行器倾斜入水数值仿真模型;其次,分析了预置舵角控制弹道转平的力学作用机理;最后,探究了预置舵角角度对弹道转平的控制效果。结果表明：来流绕流预置舵角的尾舵后,在尾舵迎流面形成滞止高压,而在尾舵背流面形成相对低压,从而形成抬头力矩控制跨介质飞行器的弹道转平;预置舵角角度的增加有利于弹道转平的控制效果,减小了飞行器弹道转平的深度。     

测量系统误差对过程监控效果影响分析

讨论在过程控制中出现测量系统误差时对监控效果产生的影响。