地外人工光合成材料研究进展

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术,模拟地球绿色植物的自然光合作用,利用密闭空间废弃资源或地外天体环境中丰富的资源,通过光电催化方法原位、加速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料,大幅度降低载人航天器的物资供应需求,支撑可承受、可持续的载人深空探索。本文回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的现有方法,并深入探讨面向地外原位资源利用的人工光合成材料研究进展,期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知,有力支撑载人航天发展。     

利用平面约束的月球车立体匹配方法

为了满足月球车视觉系统对检测障碍物检测的时效性和可靠性的需求,提出了一种基于平面约束和自适应惩罚参数的半全局立体匹配算法。首先,对极线校正后的两幅图像进行SIFT特征点提取与匹配,同时提取边缘特征;然后,利用匹配的SIFT特征点拟合空间平面,并根据平面估计左右图像所有像素点的视差搜索范围;最后,基于传统的半全局匹配算法,采用自适应惩罚参数的策略对左右图像进行立体匹配。实验结果表明：所提出的算法有效地降低了计算复杂度,其计算复杂度只有传统方法的19.9%,对于视差不连续区域以及遮挡区域都能够获得正确的匹配结果。较传统半全局匹配方法无论在速度还是匹配精度上都得到明显提高,为对立体匹配的实际应用奠定了基础。     

太阳光压作用下空间太阳能电站的动力学响应

研究了太阳光压作用下绳系空间太阳能电站的姿态和结构振动动力学响应。将太阳能电池板简化为Euler-Bernoulli梁,平台看作质点,绳子看作无质量的弹簧,建立了绳系空间太阳能电站的简化模型。采用绝对节点坐标法将梁离散,通过Hamilton原理建立了系统的动力学方程。采用辛Runge-Kutta方法进行数值仿真,通过数值算例验证了新模型和数值方法的有效性。最后,数值仿真表明,结构振动和太阳光压均会使系统的姿态产生小幅度振荡,太阳光压对结构振动产生的影响可忽略不计。     

高超声速飞行器RBF神经网络滑模变结构控制

针对高超声速飞行器高度非线性及强耦合的特点,提出了一种基于RBF神经网络调参的滑模变结构控制器。滑模变结构控制器能够使高超声速飞行器稳定飞行,但在系统状态到达滑模面后会产生剧烈的抖振现象,不利于工程应用。RBF神经网络在一定条件下可以任意精度逼近非线性函数,且具有较强的自学习、自适应和自组织能力。将RBF神经网络与滑模变结构控制相结合,一定程度上能够消除滑模控制的抖振问题。在高超声速飞行器的巡航状态下,分别加入高度阶跃指令和速度阶跃指令进行了仿真。仿真结果表明,所设计的RBF神经网络滑模变结构控制器使高超声速飞行器在保证快速性、鲁棒性和抗干扰性的同时,克服了执行机构的抖振问题。     

一种基于电磁耦合馈电结构的双极化微带天线设计

文中设计了一种层叠结构的双极化微带天线,两个极化端口采用不同的电磁耦合馈电方式,激励起两个正交的辐射场模式,提高了极化端口之间的隔离度。设计的天线由三层介质极板组成,两个极化端口的馈电层分别位于不同的介质层上,端口1采用缝隙耦合馈电,端口2采用振子临近耦合馈电,两个极化端口均从地板底部输出,适合于阵列应用。设计了一种工作于X波段的双极化方形微带贴片,在馈电结构上进行了匹配设计,实现两个极化端口的匹配和隔离。采用全波电磁仿真技术进行了结构设计和优化,仿真结果表明,在工作频率为9.85 GHz和10.15 GHz的频率范围内,该天线的两个极化端口的电压驻波比均小于2,极化端口的隔离度大于26 dB;在中心频点10 GHz处的增益分别约为5.79 dBi和5.17 dBi,带内增益平稳;虽然两个极化端口互异,但是在E面和H面上,两个极化端口表现出相接近的方向图,主瓣宽度均在80°左右,在主辐射方向上的交叉极化电平低于-25 dB。研究结果表明设计的双极化微带天线具有高隔离度和较为对称的辐射方向图性能,适合于在双极化阵列天线中应用。     

中高轨星光折射导航光学系统设计及杂散光抑制

为了实现基于大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航,针对视场中亮地球引起的强杂散光抑制的技术难题,研究了内掩式星光折射敏感器亮地球杂散光的有效抑制方法。通过构建星光折射敏感器模型、搭建星光折射导航仿真观测环境以及原理计算得出了各级杂散光强度,并确定了相应的抑制方法。仿真结果表明,基于二次成像光学系统的内掩式星光折射敏感器可将杂散光抑制在导航系统的最大可接受杂散光抑制值范围内,即抑制后1.003Re(Re为地球半径)处杂散光亮度小于亮地球平均亮度的1.10×10~(-3)倍。最后,通过月球强背景下恒星探测外场试验验证了杂散光分析及抑制方法的可行性。研究成果为实现基于一个大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航技术奠定了基础。     

空间太阳能电站高压大功率电力传输关键技术综述

建立在技术上和经济上可行的空间太阳能电站系统可以有效利用空间太阳能,更能为国家提供巨大的可再生能源战略储备,对于保证中国的能源独立与安全以及国民经济的可持续发展具有重大战略意义。面向未来空间太阳能电站的空间高压大功率电力传输需求,本文论述空间电能传输与管理系统的国内外发展现状,梳理有待解决的基础科学问题与核心关键技术,为未来深化研究指明方向。提出现阶段制约太空高压电力传输与能量管理系统发展的关键技术、材料和器件,分析空间辐射环境对于空间电力系统的影响并提出了其辐射防护需求,最后明确了需进一步研究的重点内容,为开拓该领域的后续研究提供参考。     

空间太阳能电站大折展比体展开桁架机构

发展空间太阳能电站技术具有极其重要的战略意义,受运载火箭运输能力的限制,提出了一种可实现三维体展开的桁架机构作为空间太阳能电站的主结构。通过多方案对比分析,构建了可展桁架基本组成单元,在确定了驱动原理的基础上,进行了可展桁架运动学分析,验证了驱动方案的可行性。基于能量相等原理,建立了桁架连续梁等效模型,分析了运动学特性,并进行了参数优选。最后,研制了缩比原理样机,进行了展开试验、刚度测试试验及动力学试验。结果表明,该可展桁架具有较大的折展比及较轻的质量,铰链间隙是影响系统刚度的关键因素。     

利用平面约束的月球车立体匹配

为了满足月球车视觉系统检测障碍物的时效性和可靠性需求,提出了一种基于平面约束和自适应惩罚参数的半全局立体匹配算法。首先,对极线校正后的两幅图像进行SIFT特征点提取与匹配,同时提取边缘特征;然后,利用匹配的SIFT特征点拟合空间平面,并根据平面估计左右图像所有像素点的视差搜索范围;最后,基于传统的半全局匹配算法,采用自适应惩罚参数对左右图像进行立体匹配。实验结果表明:所提出的算法有效地降低了计算复杂度,其计算复杂度只有传统方法的19.9%,对于视差不连续区域以及遮挡区域都能够获得正确的匹配结果。较传统半全局匹配方法无论在速度还是匹配精度上都得到明显提高,为立体匹配的实际应用奠定了基础。