Testing Modified Newtonian Dynamics with LISA Pathfinder

We suggest that LISA Pathfinder, a technology demonstrator for the future gravitational wave observatory LISA, could be used to carry out a direct experimental test of Modified Newtonian Dynamics (MOND). The LISA Pathfinder spacecraft is currently being built and the launch date is just a few years away. No modifications of the spacecraft are required, nor any interference with its nominal mission. The basic concept is to fly LISA Pathfinder through the region around the Sun-Earth saddle point, in an extended mission phase, once the original mission goals are achieved. We examine various strategies to reach the saddle point, and find that the preferred strategy, yielding relatively short transfer times of just over 1 year, probably involves a lunar fly-by. LISA Pathfinder will be able to probe the intermediate MOND regime, i.e. the transition between deep MOND and Newtonian gravity. We present robust estimates of the anomalous gravity gradients that LISA Pathfinder should be exposed to, based on MONDian effects as derived from the Tensor-Vector-Scalar (TeVeS) theory. The spacecraft speed and spatial scale of the MOND signal combine in a way that the spectral signature of the signal falls precisely into LISA Pathfinder’s measurement bandwidth. We find that if the gravity gradiometer on-board the spacecraft achieves its currently predicted sensitivity, these anomalous gradients could not just be detected, but measured in some detail.     

载人深空探测任务航天医学工程问题研究

航天医学工程问题关系到载人深空探测任务中的人员生存及健康。文章从人员长期生存的生命保障、变重力生理效应及防护、地外环境效应与防护、人员生理健康监测与维护、人员心理健康等方面的问题入手,分析了问题产生的原因及解决的必要性,并提出了解决思路,为后续深入开展相关关键技术的攻关提供参考。最后,以载人月球基地任务为案例,提出了生命保障、变重力防护、辐射及月尘防护、生理及心理健康监测及维护等问题的解决方案。     

空间细胞机器人接管控制的分布式控制分配

采用接管控制技术延长航天器寿命为在轨服务提供了一种新思路,本文提出一种利用空间细胞机器人实施航天器接管控制的方案。针对空间细胞机器人实施接管控制的控制分配问题,建立了空间细胞机器人实施接管控制的动力学模型。为实现分布式控制分配,提出了一种基于CBBA算法的接管控制分配算法,利用自由市场机制实现控制分配的分布和异步计算。综合考虑了执行能力匹配、剩余能量和执行器输出限制,定义了空间细胞机器人的收益函数,空间细胞机器人通过自由拍卖和一致性协商完成控制任务的分配。通过蒙特卡罗分析,将本文算法与集中式分配算法零空间修正伪逆法相比较并进行参数影响分析,本文算法在保证分配精度的情况下,具有能量均衡等能力。     

面向深空通信的分布式系统Raptor码传输机制

为缓解深空探测器与地面站之间的超远距离和星体遮挡,而导致巨大的信号衰减以及链路频繁中断的问题,基于容迟/容断网络（DTN）协议框架,利用轨道器进行多跳中继组网传输,设计了多个探测器经过轨道器向地面传输场景下的分布式系统Raptor编码传输方案（DSRC）。提出了联合译码简化方案,理论分析推导了DSRC方案及改进方案的性能参数,并与现有分布式无速率纠删方案进行仿真比较,在译码冗余为5%时达到了0.01的译码失败率。     

空间延迟/中断容忍网络路由算法性能评估

文章主要针对空间延迟/中断容忍网络（Delay/disruptionTolerantNetworks,DTNF）路由算法的性能进行分析评估,为未来空间DTN路由技术的设计提供参考和建议。首先,从利用网络知识多少的角度,对目前提出的适用于空间DTN的路由算法进行了分析和比较;然后,在一个典型空间DTN场景下,通过设定不同的接触计划,从微观和宏观两个方面,对最早投递(EarliestDelivery,ED)、基于本地队列的最早投递(EarliestDeliverywithLocalQueue,EDLQ)、接触图路由(ContactGraphRouting,CGR)、和基于最早传输机会的接触图路由(ContactGraphRoutingEarliestTransmissionOpportunity,CGR ETO)几种典型空间DTN路由算法的性能进行了仿真评估;最后,对仿真评估结果进行了分析和总结,并对未来空间DTN路由算法的研究提出了建议。仿真结果表明,对于端到端延时和束投递完成率两项性能指标,ED性能最差,CGR次之,EDLQ和CGR ETO的性能相当。     

临近空间飞艇艇库外约束及稳定性分析

临近空间飞艇在发放前通常停放在艇库内,一旦离开艇库就不可避免地受到艇库外天气,尤其地面风的影响,不仅影响飞艇发放操作的快捷和安全,而且还事关飞行试验的成败。文章建立了大型飞艇在地面受两侧约束时的力学模型,采用动力学方法,分析了受到地面风作用时飞艇的姿态和约束拉力的变化,得到地面风起时和风速稳定后的解析解,评估了飞艇受到地面风作用时的稳定性和安全性。通过分析得到在两侧约束条件下飞艇对正向风和侧风的承受极限,为临近空间飞艇采用两侧约束方式的可行性提供了判据,也为今后发展临近空间飞艇发放技术提供借鉴。     

结合深空机动的多次行星借力轨道设计

行星借力技术是减小星际探测任务发射能量的有效途径,传统的行星借力模型不能保证探测器借力前后的速度矢量转角达到理想要求。为此,进行了行星借力建模,并基于该模型,推导了探测器飞出借力天体影响球的双曲线超速矢量。针对轨道设计参数的强耦合性,提出了一种全局-局部混合搜索算法,并对地球-金星-地球-火星-木星转移轨道进行了设计。仿真结果验证了轨道模型的正确性和有效性,表明该文方法可以有效地对多次行星借力轨道进行设计。     

基于显式制导的月地返回轨道中途修正研究

月地返回轨道存在各种摄动误差,终端约束复杂,有必要对其进行中途修正研究。显式制导法通过二体轨道与精确轨道之间的差别进行多次迭代求解给定时刻所需的修正速度。文章利用显式制导法,采用月球段及地球段分段进行中途修正的策略,给出了基于分段落点预报显式制导的月地返回轨道中途修正方案。该方案无需计算雅克比矩阵,算法简单、计算快速、实用性强,能满足再入点参数要求。算例仿真与蒙特卡洛仿真验证了该方案的适用性。     

空间润滑脂的研究进展

空间环境中高真空、高低温、强辐射、原子氧和微重力等恶劣因素对空间润滑脂的结构和性能提出了特殊要求。为了满足空间运动部件高可靠性和长寿命的要求,需要改善空间润滑脂的性能。文章主要从基础油、稠化剂和添加剂这3个方面介绍和分析了空间润滑脂的研究进展及发展方向。     

基于边界值的多元混沌发动机性能预测算法

首先提取航空发动机排气温度数据序列的边界值,并且证明了边界值序列具有混沌特征.其次提出了一种基于多元相空间重构的发动机状态混沌预测算法,实现对排气温度的预测.通过检验排气温度预测值是否超过所规定的红线,从而进行发动机的健康状态排查.作为验证实例,使用一组某机型发动机实际飞行数据对该预测算法进行了验证,结果表明:该组合算法降低了预测模型的时间复杂度,并大大提高了疑似异常点的预测精度.该方法可以为这种机型发动机故障预测提供决策依据.