登月飞行器软着陆发动机持续工作初始点选择研究

完成了推力幅值恒定的登月飞行器时间最优和燃料最优的软着陆轨道研究。文中将飞行器在月球表面软着陆的轨道分为开普勒下降轨道和制动发动机持续工作轨道两个阶段进行了综合研究。并着重研究了当飞行器从高度为100km的轨道下降到15km近月点时,在近月点附近是否存在一点,在该点软着陆发动机开始持续工作能够更加节省燃料。     

电动车与航天用锂离子蓄电池的进展

锂离子蓄电池作为一种９０年代初期发展起来的先进蓄电池,具有高比能量、高电压、长寿命和无记忆效应等特点,七年来的商品应用表明,电池的安全性和实用性均好。根据大容量电池近年来的试验结果与分析,液体电解质常温锂离子蓄电池很有可能被选为电动车、航天和储能用电源,并显示其优异的特性。本文收集并报道了国内外研究机构、电池厂商在此领域的研究成果。同时,也简单介绍了中国天津电源研究所在国家发展计划委员会资助下,对电动车用大容量锂离子蓄电池研究的初步结果。     

地球同步轨道环境下外露介质深层带电仿真分析

空间高能带电粒子可导致航天器外露介质深层带电,从而对航天器的可靠运行带来潜在威胁。为了考察介质起电规律和最终评估深层带电危害,基于电荷守恒定律,建立了介质深层带电的数学模型,并通过数值求解,实现了对外露介质深层带电的时域3维仿真分析。该模型综合考虑了介质电导率受辐射剂量率、强电场和温度的影响。对典型的天线支撑介质结构进行仿真,结果表明:地球同步轨道环境下外露介质面临着严重的深层带电与介质击穿放电威胁,环境温度是影响外露介质内带电的关键因素。天线支撑结构的局部数10 MV/m以上强电场和10 KV以上高电压,很可能成为航天器表面放电或关键部位功能失常的诱导因素。     

挠性航天器姿态机动的主动振动控制

针对挠性航天器三轴姿态同时机动时太阳帆板的振动抑制问题,提出了采用压电智能元件作为致动器的主动振动控制方法,基于Lagrangian方法和四元数参数化建立了航天器姿态动力学和运动学模型.利用航天器姿态控制问题固有的无源性,设计了一种仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的控制规律,使得在大角度姿态机动的同时能有效地抑制太阳帆板的振动;基于Lyapunov方法证明了设计的动态控制器能够保证姿态的渐近稳定性和模态振动的衰减性.将该方法的控制效果与PD控制方法进行了比较,仿真验证了所给出的控制方法的可行性和有效性.     

基于一类二阶线性变参系统特征结构配置的完全参数化方法

通过设计一个比例微分控制律u=K0(θ)q+K1(θ)q来对二阶线性变参系统q-A(θ)qC(θ)q=B(θ)u进行特征结构配置,其中状态空间矩阵[A(θ)B(θ)]取决于一系列在线可测的时变参数,同时为上述特征结构配置问题的解决提供了一种新的拥有最大设计自由度的参数化方法。该方法主要的计算量在于两组矩阵的初等变换,而且在选择一些合适的闭环特征值的前提下,实际计算仅涉及到一系列奇异值分解。同时,由于该方法直接应用原有二阶变参系统的系数矩阵A(θ)、B(θ)和C(θ),因此大多数的计算主要针对n维矩阵。最后针对航天器在轨加油姿态系统控制的仿真验证了该方法的有效性和实用性。     

柔性航天器次优鲁棒调节器设计

本文考虑星载转动部件在工作时,柔性航天器的振动抑制问题。首先对转化后的带两帆板航天器的模型设计反馈调节器;接着借助Sylvester矩阵方程的参数化解法,给出调节器增益矩阵的完全参数化表达;最后以自由参数为自变量,给出调节器增益矩阵梯度方向的次优解,得到次优鲁棒调节器。数值结果证明了本文方法的有效性。     

Angles-only relative navigation in highly elliptical orbits

For angles-only relative navigation system only measures line-of-sight information,there are inherent problems in the ability to determine the range between Chaser and Target. Angles-only relative navigation is an attractive alternative for inspecting or rendezvous with noncooperative target,if adequate accuracy can be achieved. Angles-only relative navigation model considering J2 perturbation is presented for tracking and rendezvous with noncooperative target in highly elliptical orbit. Impulsive out-of-plane maneuvers of the Chaser are used to improve the navigation accuracy. The first impulse burns in cross-track directions to change the orbit inclination of the Chaser. The second impulse burns after one orbit period to change the orbit of the Chaser back. The simulation results show that the relative navigation system without maneuvers can’t correct the initial state errors,while impulsive out-ofplane maneuvers of the Chaser improves the navigation accuracy. Angles-only relative navigation with chaser vehicle maneuvers to improve observability is effective when the spacecrafts are in highly elliptical orbits.     

航天器中性浮力实验体外形设计与仿真

文章对中性浮力地面实验系统中实验体的外形进行了设计。首先利用Fluent软件求解计算出几种可供选择的实验体外形在各种工况下的水动力系数,同时通过力矩系数给出几种外形的静稳定性;然后在对水阻力系数和静稳定性进行分析和对比的基础上,选择了正方体作为实验体的外形;最后对正方体实验体进行动力学建模及仿真分析,结果表明此外形实验体的水阻力可以被克服。由此说明从阻力能够被克服和具有良好的静稳定性的角度考虑,此外形可以作为较好的实验体外形选择。研究结果可为相关方面的进一步研究和设计提供依据。     

航天器电推进技术现状与发展趋势

航天器的发展趋势极大地促进了电推进技术在航天器入轨、离轨、状态保持、精确定位及复定位、姿态控制、行星探测一次、二次推进中的应用。概述了俄罗斯和美国当前的电推进活动，重点对霍尔发动机、离子发动机、脉冲等离子体发动机等进行了分析；对电推进相关的重要关键技术，如阴极技术、先进高功率概念、羽流效应、热效应、场效应及供应系统技术进行了介绍；对航天器电推进项目未来发展方向进行了分析展望。     

执行器故障与饱和受限的航天器滑模容错控制

针对航天器姿态控制过程中同时存在执行器故障、安装偏差与控制受限的多约束问题,提出一种基于积分滑模面的自适应鲁棒姿态容错控制方法,所设计的控制器在满足执行器控制能力的饱和受限约束的条件下确保系统稳定;同时,通过引入控制参数在线自适应学习策略以提高对干扰、安装偏差以及故障变化的鲁棒性,进而减小对这些信息的依赖能力,并基于Lyapunov方法分析了系统稳定性.通过数值仿真结果表明,提出的自适应积分滑模容错控制算法能有效的保证执行器故障时航天器姿态控制系统的稳定性,并具有较强的鲁棒性.