空间站姿态控制——技术要求与解决方法的综述

低地球轨道永久性载人空间站已成为美国下一个主要的空间目标。NASA和工业界巳经开始对空间站及其主要部件进行深入的研究。空间站姿态控制和稳定分系统是整个系统中的一个重要部分。本文将论述那些在选择控制技术和分系统硬件之前必须作出的重要决策。此外还将讨论一些与此有关的计划,以便在新的控制技术成熟时就能引用。这是一个重要的问题,因为没有这样一个计划,系统逐渐过时将成为空间站长期运行的主要障碍。     

空间站的制导、导航和控制问题及其概念

NASA空间站向工程设计人员提出一项新的挑战,此项重任将综合运用NASA25年载人和不载人空问飞行的经验,研制第一个载人飞行结构,准备提供“永久性载人空间站”,其工作寿命可从几年到几十年,而不象以前载人计划那样只有几天或几周。长寿命,规模逐步发展,高功率和自主性等系统一级的要求对空间站的制导、导航和控制(GNC)分系统提出了一些特殊要求。其中许多要求将会影响空间站的结构,反过来又影响GNC分系统。本文讨论空间站GNC分系统对系统级的功能要求,并介绍方案研制组所进行的结构综合研究结果。     

未来用于地球观测的空间站

根据建立空间站的计划来看,空间站主要有三种:(1)轨道倾角为28.5°的低空间载入空间站;(2)轨道与前者相同的不载人空间站,仪器设备发生故障时将人运送到空间站进行修理或交换;(3)近极轨道的太阳同步不载人空间站,仪器设备发生故障,也是派人去修理或更换。前两种空间站不适用于地球观测,本文着重介绍第三种空间站。正确设计第三种空间站的轨道参数,分     

空间站的交会和接近操作

运行控制区即将来临的空间站时代要求空间站具备多种轨道工具,且各自要有不同的用途。这些工具,如轨道机动飞行器(OMV)、轨道转移飞行器(OTV)、载人机动装置(MMU)和自由飞行器(FF)等,将满足空间站运行的不同要求。其中一些要求是: ·飞行计划标准化·乘员计划标准化     

空间站姿态控制——研究课题与选择方案

本文介绍未来载人空间站(SS)姿态控制系统(ACS)设计研制中的潜在问题、研究课题及某些选择方案,还将探讨SS的各种可能的应用,以确定对ACS的各种功能要求。研究发现,在环境有重大扰动的情况下,控制和动量管理对有效控制系统的设计提出了新的研究课题。空间站带有多个铰接体,存在推进剂晃动,且其太阳帆板在姿态控制系统带宽内存在许多振型,这样一个复杂动力学系统的控制将对设计人员提出重大挑战。系统设计要能适应长期飞行任务期间系统演变发展和维修的需要,为解决这一问题,又增添了一个新的研究课题。     

交会期间自动变轨飞行器的制导,导航与控制

自动变轨飞行器（ＡＴＶ）是欧洲为阿尔法国际空间站的在轨补给任务而设计的一种后勤变轨飞行器，在ＡＴＶ设计中难度最大的要求是与载人空间站的自主的轨交会能力，ＡＴＶ是欧洲研制的第一个具有这种能力的飞行器。目前，ＡＴＶ正处于研制计划的Ｂ阶段。包括详细设计和首飞模型结构研制的Ｃ／Ｄ阶段计划于１９９７年开始，２００２年首飞，文章集中讨论Ｂ阶段（即确定ＡＴＶ与阿尔法空间站交会期间其制导，导航和控制（ＧＮＣ的功能     

一种新的汽车乘员分类视觉检测算法

针对第5百分位（身材矮小）成年女性与第50百分位（平均身材）成年男性等不同类型的乘员,建立基于低成本CMOS摄像机的汽车乘员分类视觉检测系统及其智能模式识别算法。通过建立乘员图像测量空间的图像预处理算法和乘员边缘检测算法,利用Legendre矩描述乘员特征空间的乘员边缘主特征,以及建立基于BP神经网络的乘员类型空间模式分类器,实现不同乘员类型的模式分类。     

遨游太空的神船

宇宙飞船是载入航天器中最小的一种,仅能使用一次,在运行轨道上一般只能单独飞行数天到十几天。但由于载人飞船具有外形简单、技术上易于实现、所需投资少和研制周期短等特点,因而有广泛的用途。它可作为试验各种载人航天技术的航天器,开展航天医学和生理学研究,进行轨道交会和对接、宇航员出舱活动等;也能用作空间站的天地往返系统,为空间站接送宇航员和运送物资,费用比航天飞机要低;它有变轨能力,故可以迅速降低轨道高度进行侦察;可进行载人绕月和登月飞行……２１世纪还将用它进行载人行星际飞行。载人飞船一般由宇航员座舱、…     

多约束下的载人潜器舱内计算机辅助工效设计系统研究

为了能使载人潜器舱内工效设计人员加深对多约束条件下舱内人员的生理、心理 和环境约束条件的理解,有效地辅助设计方案的智能生成与优化。提出了基于虚拟人体模型参 数作为布局设计解空间的参数获取方法、基于遗传算法的舱内人-机界面布局设计方案计算智能 求解方法、基于知识推理的舱内色彩工效设计方案获取方法和基于粒子群算法的载人舱工效设 计方案智能优化方法,以此为基础,应用UG 二次开发和数据库技术,开发了载人潜器舱内人 机工效设计计算机辅助系统。通过设计实例的人机工效布局和色彩设计与方案优化验证了该系 统的可行性。     

一种三维力反馈训练仿真控制系统设计

针对空间站舱外任务需要研究人员通过遥操作控制平台对空间站机械臂遥操作来完成,而空间站机械臂研制成本高,无法实现现场调试,直接投入使用风险性高,系统安全性与可靠性无法保障的缺陷与不足,设计了一种面向空间站机械臂的遥操作力反馈训练的仿真控制系统.重点阐述了该系统的工作原理以及系统硬件和软件设计思路.该系统的力反馈手柄具有3个自由度,充分模拟操作空间;力反馈手柄末端位置信息和力反馈信息,由微控制器STM32系列单片机与PC实现数据传输.实验结果验证了该系统面向空间站虚拟机械臂的力反馈控制仿真功能、系统硬件和软件的可靠性,为空间站机械臂的虚拟仿真提供了一种可行方案.     

1984年世界空间系统发展概况

据1984年12月“Aerospace America”杂志报导,美国总统里根一月份在国询咨文中呼吁:在今后十年内研制永久载人空间站。九月,NASA 提出一项请求,建议开始 B 阶段的工作。此空间站可能带有一个或多个不载人平台,其中一个平台在极轨道,其余都在同一轨道上。里根还强烈要求与欧空局、日本、加拿大和其它地区进行国际合作。航天飞机已进行了五次飞行,其中包括“发现者号”的首次飞行。正月,空间任务专家布鲁斯·堪杜里士和罗伯特·史德霍特不系带子走出“挑战者号”300英尺,首次作了空间行走。十月,“挑战者号”乘载了五个男宇航员和两个女宇航员,其中包括第一个加拿大     

空间站科学实验的定向要求

空间站的科学实验及其应用研究对空间站提出了特殊定向要求,它必将影响空间站的设计。这些要求可分为四类,它们可利用空间站的核心部分、框架系统或与之毗邻的自由飞行器或平台来实现。文中用定向精度与跳动量的关系曲线确定了具体定向要求的种类。对组合式自由飞行器,利用能量接近原理,根据航天器与星上推进系统的质量比可区别近地和远地轨道。根据邻近轨道尺寸变化和轨道平面夹角变化而确定的边界条件分别为5,000km和7.6°。     

空间站长期控制计划

NASA目前正在开展未来空间站的方案研究工作。空间站预定寿命很长,在这期间它必须执行导航、制导和控制功能。本文首先介绍美国空间飞行器的有关发展史,然后以自主工作为战略目标探讨空间站实现长期运行的技术,最后介绍一种研制方案。     

天地间模拟可视电话及遥科学实验系统仿真演示

以我国未来空间实验室高级在轨系统(AOS,advanced orbiting systems)为背景,介绍了未来空间站系统数据处理模式,并着重阐述了多媒体通信子系统的总体设计、关键技术研究和仿真演示验证.开发了一套天地间模拟可视电话和遥科学实验系统仿真平台.运行结果表明仿真实验系统工作可靠,信道传输率达到了设计指标.对未来空间站多媒体通信系统设计具有重要的参考价值.     

空间站:迈向太空的人类探索

本文综述了空间站的创始与发展现状,并展望未来的发展前景.首先,介绍空间站的基本概念和重要意义.然后,回顾过去半个多世纪前苏联/俄罗斯和美国间的太空竞争,并阐述了苏联/俄罗斯、美国及多国家各个空间站的发展历史.同时,着重回顾了我国载人飞船和空间站的发展规划和建设历程.最后,展望了空间站未来发展,并提出了我国空间站建设过程中要遵循的特点和思路.     

基于蚁群算法的Hopfield神经网络在多空间站路径规划的应用研究*

空间机器人每次携带的燃料有限,提高空间机器人的工作效率以及延长其在轨寿命研究具有重要意义,分析了空间机器人多空间站访问问题。为了弥补传统路径规划方法容易陷入局部极小点的问题,提出利用基于蚁群算法的Hopfield神经网络来解决空间机器人多空间站访问问题。仿真实验结果表明,基于蚁群算法的Hopfiled神经网络用于多空间站访问问题,收敛速度要比Hopfield神经网络快,且比Hopfield神经网络易于跳出局部极点,该算法有利于解决多空间站路径规划问题。     

空间站的自动化和机器人技术

本文在大量调研的基础上,首先介绍了在空间站上应用自动化和机器人技术的重要性;简要地回顾了自动化和机器人在航天技术上的应用历史。接着以美国空间站自动化和机器人技术为目标,介绍并分析了这项高技术的关键内容。然后在剖析美国载人航天史几个典型实例的基础上,分析了关于人与机器两者之间的关系问题,作为抛砖引玉,提出了一些不成熟的看法。最后简要地介绍了空间站机器人的典型应用实例,及其基本构成和发展方向。     

空间站交会对接的一种智能控制方法与仿真

本文研究了空间站交会对接阶段的仿人智能控制问题，设计了相应的特征模型和控制逻辑，建立了系统的知识库、数据库、规则库和推理机等。最后通过对两个飞行器的空间交会对接过程的数字仿真，验证了所设计的智能控制方案的有效性。     

基于信息融合的空间站自主故障诊断技术研究

基于信息融合的基本思想及相关技术,提出了将信息融合技术用于空间站自主故障诊断的问题。从空间站自主性对故障诊断技术的需求出发,对融合诊断系统应有的层次划分、融合的内容及其关系进行研究,进而给出系统的基本结构模型。     

一种可应用于载人航天器的无线话音通信系统

面向未来空间站等大型载人航天器,传统的有线头戴式话音通信系统受电缆长度限制已无法满足航天员的应用需求。为进一步提高航天员在轨工作的方便性,提出了一种可应用于载人航天器的舱内无线话音通信系统,该系统通过设置蓝牙无线话音适配器的方式,在载人航天器现有话音系统的基础上实现了无线功能扩展。相关测试试验表明,该系统可支持多路无线话音通信,话音清晰可懂,且具备实时性高,操作简便等优点,可以满足航天员在轨话音通信使用需求。