考虑控制约束和不确定性的火星最优进入制导

摘要： 针对火星进入段控制受约束、大气环境以及探测器自身参数不确定性等问题,提出控制受约束的火星最优鲁棒进入制导方法.将针对参数不确定系统的最优性能指标转换为针对标称系统的修正性能指标;同时考虑控制约束,在性能指标中引入饱和函数,将制导问题转化为求解修正Hamilton Jacobi Bellman (HJB)方程问题;由于HJB方程是偏微分方程,求解有难度,利用神经网络的逼近能力近似求解.本文制导方法保证了不确定系统有最优的性能指标上界和较强的鲁棒性.最后将其应用到火星进入制导中,仿真结果表明系统存在不确定的情况下,仍可以很好地满足火星进入段终端条件,控制量也在约束的范围内,从而验证所提方法的有效性.     

升力式再入的三维再入走廊与再入界面窗口

针对升力式再入飞行任务设计对地理信息的需求,提出了以“来路走廊”和“去路走廊”为代表的“三维再入走廊”概念,重新定义了“再入界面窗口”概念。其中,“再入界面窗口”解决了“已知着陆点,估计初始再入点的可行地理区间”问题;“三维再入走廊”则系统、直观地揭示了升力式再入飞行器对“临近空间”多重大气层的覆盖能力及其整体变化趋势。求解算法使用高精度积分律的直接配置非线性规划法,配合无奇异的数学模型,可满足全球到达任务的设计需求。基于美国X-33和Advanced Guidance and Control (AGC)项目的测试任务数据,一系列算例检验了“三维再入走廊”与“再入界面窗口”概念的合理性。“三维再入走廊”有助于工程总体设计、军事指挥和商业空天交通指挥人员对类型化的升力式再入任务进行设计和分析;有助于高层决策人士对升力式再入的机动能力进行系统理解和直观把握。     

典型采样返回探测器的进入减速着陆系统分析

通过对典型的采样返回探测器（星尘号和起源号）的研究分析,总结归纳了采样返回探测器进入减速着陆系统的特点,特别是对探测器的气动外形布局、返回轨道设计、防热材料选择、降落伞系统设计等进行了分析,可以为下一步开展月球采样返回任务提供一定的参考。     

F－12芳纶纤维缠绕壳体水压实验AE检测及剩余强度预报

采用声发射仪，对Ｆ－１２芳纶纤维缠绕复合材料壳体水压实验过程进行了低压ＡＥ检测，选用设计爆破压强的４３％以下的ＡＥ数据，建立了一个低压下的ＡＥ参量与爆玻压力之间的多元线性回归方程式。该方程式对壳体爆破压力的预测值与实测值符合较好，从而为降低复合材料壳体水压安全评定实验压强提供了新途径。它既保证了经过水压实验后的复合材料壳体有足够的承载能力，又能可靠地预报其爆破压强。     

A330前登机／勤务门应急开门系统的一起特殊故障分析

通过分析前登机／勤务门的应急开门系统的原理,解析了实际工作中发生的因部件之间的间隙过大而引发的一起特殊故障。     

SiP陶瓷芯片水汽含量控制工艺方法研究

结合宇航级陶瓷封装芯片的特点和水汽控制要求,对SiP陶瓷封装工艺进行了研究,分析了陶瓷封装过程中产生水汽的各个因素,优化了封装生产工艺流程,增加了预烘转运过程下厂监制,保证了转运时间的工艺过程管控,通过试验验证了管控措施的有效性.     

规则波浪对水下航行体出水姿态参数的影响

基于边界元方法建立了水下航行体出水姿态计算模型，包括各控制方程及边界条件，采用截平面方法对航行体出水模型进行了简化处理，并将所得结果和实验数据进行比对，发现二者符合良好，验证了数值模型的有效性。运用边界元法研究了规则波浪参数（波高、浪向、周期、相位）对出水姿态的影响。研究结果表明，波高影响波浪力幅值大小，对出水姿态参数有着直接的影响，波高越大对出水姿态参数的影响越大；浪向、初相位和周期主要影响流体质点的运动方向，改变波浪附加惯性力，影响波浪力对出水姿态参数的作用效果；受到出水相位的影响，出水俯仰角和俯仰角速度呈余弦变化规律；随着周期的增大，周期对航行体出水姿态参数的影响逐渐减小，此时，相同波高下出水姿态参数只受到出水相位的影响。     

利用低轨道卫星间微波信号探测反演温湿廓线

通过同时测量微波信号的折射和吸收信息，低地球轨道卫星间（LEO-LEO）微波掩星探测技术能够独立反演温度和水汽廓线。通过仿真手段，首先，正演模拟了微波信号穿过大气层后由折射和吸收效应分别导致的相位延迟和振幅衰减，在此基础上，对温度、水汽和云中液态水反演廓线进行了个例分析，然后，统计分析了温度和水汽在不同纬度带的反演性能，以及云对反演精度的影响。结果表明：温度在约35 km以上存在明显正偏差，高纬度的最大，中纬度次之，低纬度最小。水汽反演误差在约4 km以下明显增大，低纬度的最大，中纬度次之，高纬度最小。有云存在时，需要去除云的吸收作用，否则温度和水汽会出现明显的正偏差。上述研究为进一步发展LEO-LEO掩星探测计划提供了理论参考依据。     

基于INS/前视声纳组合的输水隧洞AUV巡检定位方法

当潜航器(AUV)进行输水隧洞巡检时,多普勒测速仪(DVL)声波会对前视声纳图像产生干扰,针对这一问题提出了一种从AUV上卸载DVL,直接从前视声纳图像中提取栽体速度,而后和惯性测量单元(IMU)进行组合导航的方法.该方法根据前视声纳成像原理,建立起每相邻两帧声纳图像间载体的相对位移与配对特征点的图像坐标之间的联系,针对水底为局部平坦区域的情况,对特征点仰角进行了估算.通过惯导速度约束和随机抽样一致(RANSAC)算法,剔除误差较大的配对点,然后利用提取出的载体速度作为观测量进行卡尔曼滤波.经实际数据测试,惯性导航系统(INS)/前视声纳组合的总体性能和INS/DVL组合非常接近,以输水隧洞内的接缝线作为定位基准,INS/前视声纳组合导航在沿隧洞方向上的最大相对定位误差小于行程的1％.     

Hardware qualification for scientific ballooning missions

The European Stratospheric Balloon Observatory (ESBO) initiative aims at simplifying the access to stratospheric balloon missions. We plan to provide platforms and support with instrument design in order to support scientists. During the design process, the inevitable question of qualification for the harsh flight conditions arises. Unfortunately, there is no existing standard for qualification of stratospheric ballooning hardware. Thus, we developed a qualification procedure for use within ESBO and similar projects.In this paper, we present our analysis of the environmental conditions in the stratosphere. While conditions at typical balloon float altitudes are similar to the space environment, there are also some relevant differences. For example, the thermal environment is dominated by radiation and thermal conduction, but the remaining atmosphere still supports a certain amount of convection. The remaining atmospheric pressure in the stratosphere also leads to reduced arcing distances. Vibrational loads are far less than for space missions, but quasi-static or shock loads may occur. The criticality of radiation increases with mission duration.Based on the environmental conditions, we present the qualification procedures for ESBO, which are based on the European Cooperation for Space Standardization (ECSS) standards for space systems. Overtesting against too high requirements leads to overengineering, driving mission cost and mitigating the advantages of balloons over space missions. Therefore, we modified the ECSS standards to fit typical scientific ballooning missions over several days at altitudes up to 40 km. Furthermore, we analyzed design rules for space systems with regard to their relevance for scientific ballooning, including material and component selection. We present the experience from the hardware qualification process for the ESBO prototype STUDIO (Stratospheric UV Demonstrator of an Imaging Observatory). Even though boundary conditions are different for each individual mission, we aimed for a broader approach: We investigated more general requirements for scientific ballooning missions to support future flights.