基于STK的月球任务设计与仿真

利用拼接圆锥曲线法设计月球探测器轨道,一般将向月飞行轨道分为地心轨道、月心轨道和环月捕获等几个主要轨道段.分析了探测器在月球任务不同轨道段的轨道特点,给出了主要定轨参数.为方便进行目标对准,分析了建立辅助平面以实现月球捕获的方法.最后利用卫星工具包(Satellite Tool Kit, STK)软件对整个飞行过程进行了可视化仿真.对于今后的月球任务和深空探测任务具有应用价值.     

航天器编队飞行构形保持与重构的继电型控制

研究小偏心参考轨道航天器编队飞行构形保持与重构控制的工程实现技术。首先给出相对运动状态转移矩阵,并推导出常推力控制情况下相对运动状态递推的解析表达式;进而给出脉冲推力、连续变推力和继电型推力三种发动机的推力模型和示意图。分别将等速度冲量的三种推力模型代入相对运动状态转移矩阵中,比较相同条件下相对运动控制作用效果的差异,理论推导结果表明:在一阶意义上,三种推力模型对相对运动控制作用等效,因而航天器编队构形保持与重构控制可以基于继电型推力模型来实现。     

嫦娥三号探月全记录

12月2日1时30分．嫦娥三号探测器由中国目前推力最大的长征三号乙运载火箭,从西昌卫星发射中心升空．准确入轨。飞行19分钟后,火箭把嫦娥三号送入近地点高度210公里、远地点高度约368万公里的地月转移轨道。     

基于运动合成的小推力轨道优化方法

针对小推力轨道优化设计问题,提出一种基于运动合成的新方法。给出基于运动合成的小推力轨道机动表达方式,将小推力轨道运动分解成相对独立的三项:单独考虑日心引力的二体轨道运动,单独考虑小推力的运动,以及小推力的存在引起的日心引力摄动作用下的运动。分别给出各项运动的解析表达式,通过合成叠加得到小推力轨道的近似解析解。在此基础上,将小推力轨道优化问题转化成非线性规划问题,并利用序列二次规划方法求解。以小行星1989ML、火星和金星交会任务为例分别进行仿真实验,结果表明,所设计轨道满足任务约束,验证了该方法具有可用性和高效性。     

基于分段连续推力的中途修正方法(英文)

基于小偏差理论,对无摄三体动力学方程沿标称轨道线性化,推导了三体动力模型的误差线性模型。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了转移轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Segm en ta l Con tinuous T hrust Con tro l,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,并给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。     

天问一号传回首幅火星图像

正2月5日20时,首次火星探测任务天问一号探测器发动机点火工作,顺利完成地火转移段第四次轨道中途修正,以确保按计划实施火星捕获。截至目前,天问一号已在轨飞行约197天,距离地球约1.84亿公里,距离火星约110万公里,飞行里程约4.65亿公里,探测器各系统状态良好。     

高超声速飞行器平衡滑翔状态变量的求解

研究高超声速滑翔飞行器在平衡滑翔条件下,飞行速度、速度倾角、飞行纵程、飞行高度等状态变量的求解。利用理论推导求得了飞行速度、飞行纵程、飞行高度与速度倾角之间的解析表达式,通过四阶龙格-库塔方法获得速度倾角的数值解,利用曲线拟合理论得到速度倾角的近似解。仿真结果表明平衡滑翔条件下速度倾角与飞行时间呈现非线性关系,飞行速度、飞行纵程和飞行高度的解析解都能很好的表征数值解。     

资讯

正中国首次火星探测任务顺利启程7月23日,长征五号遥四运载火箭托举着中国首次火星探测任务"天问一号"探测器,在中国文昌航天发射场点火升空,并成功将探测器送入预定轨道。8月2日7时0分,我国首次火星探测任务"天问一号"探测器3000N发动机工作20秒钟,顺利完成第一次轨道中途修正,继续飞向火星。截至第一次轨道修正前,"天问一号"探测器已在太空中飞行约230个小时,距离地球约300万公里,各系统状态良好。后续,"天问一号"探测器还将经历深空机动和数次中途修正,奔火飞行6个多月后抵达火星附近,通过制动被火星引力捕获进入环火轨道,开展着陆火星的准备和科学探测等工作。     

我国首款牛级霍尔推进器研制成功

<正>近日,航天科技集团六院801所研制的我国首款20千瓦大功率霍尔推力器成功完成点火试验,点火时间累计达8小时,点火次数超过30次。该推力器的成功研发,实现了我国霍尔电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。试验过程中,推力器点火可靠,运行平稳,工作参数稳定,实测推力1牛,比冲3068秒,效率大于70%,性能指标达到国际先进水平。据悉,该推力器在设计中采用了空心阴极中置、磁屏蔽长寿命等新技术,具有推力大、比冲高、工     

地面站对月球探测器的导航

针对一个从地球停泊轨道出发绕地月飞行的月球探测器 ,讨论地面站对月球探测器导航的几个问题 ,包括观测方式的选取、地面站的分布、制导点的调整、导航精度等。结果表明仅依靠局域的地面站 ,采用测距的方式 ,可以对探测器进行实时导航。研究的方法和结果可供月球探测实际工程参考     

多约束强化学习最优智能滑翔制导方法

为提升复杂飞行任务下滑翔制导的自主性,提出一种基于最优制导与强化学习的多约束智能滑翔制导策略。引入三维最优制导以满足终端经纬度、高度以及速度倾角约束。提出基于侧向正弦机动的速度控制策略,研究考虑机动飞行的终端速度解析预测方法。针对速度控制中机动幅值无法离线确定的问题,研究基于强化学习的智能调参方法。该方法基于终端速度设计状态空间,以机动幅值设计动作空间,设计综合终端速度误差与滑翔制导任务的回报函数,采用Q-Learning实现机动幅值的智能调整。仿真结果表明,智能滑翔制导方法能够高精度满足终端多种约束,并能有效提升复杂任务下的自主决策能力。     

高超声速滑翔飞行器倾斜转弯分析及控制系统设计

倾斜转弯技术是高超声速滑翔飞行器控制的一个重要发展方向.针对高超声速滑翔飞行器倾斜转弯技术开展研究.以平衡滑翔弹道为参考弹道,分析了转弯半径、下降高度、倾侧角等参数之间的关系,提出在设计高超声速滑翔飞行器制导控制指令时,应综合考虑不同高度速度下的控制能力约束.根据奇异摄动理论将动力学系统的受控状态变量分为快变量和慢变量两部分,运用轨迹线性化方法设计了控制系统.仿真结果表明,设计的控制器具有良好的控制性能,但随着高度的增加,控制指令应结合实际控制能力,以完成对飞行器的姿态控制.     

双二体几何切面法及天梯地月转移轨道分析

双二体模型是求解地月转移轨道的重要基础。与传统的采用月球影响球入口点经纬度的描述方式不同,本文提出一种基于飞行轨道面参数来描述地月转移轨道的双二体模型几何表达方式,结合一维非线性方程求根算法Brent算法和Lambert原理,将原始三维球面搜索算法降维成为二维圆上的搜索算法,可以高效求解地月转移轨道的形状参数。为避免重复计算,将转移轨道窗口计算的轨道多变量搜索问题解耦分解成两个子问题——转移轨道形状参数求解问题和转移轨道面空间定向问题,降低了问题的求解维度。形成两级并行计算算法,充分发挥多核计算机算力,加速计算过程。仿真结果表明,基于提出的并行圆锥曲线几何切面法,可以成功应用于计算天梯地月转移轨道分析。     

空间绳网系统展开动力学特性分析

空间绳网系统是一种新型轻质空间柔性结构,具有很大的应用价值。针对地面环境和太空环境下的不同受力特性,推导空间绳网动力学模型;通过地面试验验证仿真模型的可信度;基于展开面积、飞行距离等性能参数,仿真分析空间绳网展开过程中的绳网位形、应力分布以及能量变化等动力学特性,分析轨道高度、捕获方向和发射参数对展开效果的影响。     

空气深度预冷组合循环发动机吸气式模态建模及性能分析

针对空气深度预冷组合循环发动机——协同吸气式火箭发动机(Synergistic Air-Breathing Rocket Engine,SABRE),采用部件法对其进行建模,匹配计算得到吸气式模态下飞行走廊内其性能参数变化规律,并研究其高度速度特性。计算模型可信度较高,推力误差小于6%,能够较为准确地模拟SABRE吸气式模态的性能参数。结果表明:SABRE兼具火箭发动机大推力和航空发动机高比冲的特点,吸气式模态下比冲介于21 300~27 380 m/s,随着高度速度的增大,其推力比冲先增大后减小;SABRE利用预冷器将入口空气温度降低,可使其空域速域拓宽至25 km、5Ma,满足高超声速飞行的动力需求;发动机速度下限由压气机最大流量决定,速度上限则由氦气回路减压器工作限制条件决定。     

火箭弹道学发动机推力模拟方法

发动机工作性能对火箭飞行性能的严重影响已引起众多研究人员的重视,尤其是火箭发动机推力总冲及其工作时间等重要参数.这里提出了一种在静态测定推力时间历程、总冲的基础上,通过实际飞行测试结果确定其扰动量来最终模拟推力时间历程的仿真方法.该方法简洁方便,易于编制程序及模拟仿真,便于工程人员掌握,可用于火箭发射动力学、外弹道学及射表编制等方面研究,具有一定应用价值.     

一种基于导航点的航天器相对运动轨迹生成策略

针对圆(近圆)轨道航天器相对运动的固定时间状态转移问题,提出了一种基于导航点的多脉冲优化轨迹生成策略.从相对运动动力学出发,应用最优控制理论给出了基于连续推力的最优转移轨线,将引入的导航点限定在最优转移轨线上得到其位置参数;然后利用导航点位置参数建立了脉冲约束下的基于脉冲的优化轨迹生成模型,采用二次规划算法求解,通过改变导航点位置和脉冲间隔优化轨迹.仿真算例验证了策略的有效性.     

基于运载能力评估的固体运载火箭推力向量控制方案比较

从对运载能力影响角度开展固体运载火箭发动机推力向量控制系统比较分析研究。设计了三种采用不同发动机推力向量控制系统的多级固体运载火箭方案,将增广乘子法与共轭方向法相结合,对固体运载火箭上升段弹道进行了优化设计,给出运载能力评估结果。研究表明,起飞质量均为50 000kg,目标轨道均为300km太阳同步轨道时,采用栅格舵和侧喷流作为推力向量控制系统方案,比采用燃气舵和侧喷流作为推力向量控制系统方案,运载能力提高70kg,比各级固体发动机全部采用摆动喷管控制方案,运载能力提高115kg,为固体运载火箭总体方案论证提供理论依据。     

绳系拖曳离轨过程中基于系绳张力的摆动抑制策略研究

绳系拖曳离轨过程,系统运行于非开普勒轨道,系绳摆动呈现复杂的动力学特性,大幅度的系绳摆动会引起拖船的扰动,进而影响整个系统的稳定,因此如何抑制系绳摆动是拖曳离轨任务的一个关键问题。本文以周向常值连续小推力作用下的绳系拖曳离轨为背景,针对离轨过程中的系绳摆动抑制问题,首先建立了系统质心轨道动力学方程及系绳摆动动力学方程,分析了无系绳收放控制时的系绳摆动特性以及系绳收放对系绳摆动的作用效果,然后构造了使系绳摆动衰减的期望绳长收放速率并设计了系绳张力控制律。仿真结果表明：无系绳收放控制时,系绳摆动表现为平衡位置附近的周期性往复运动;张力控制连续平滑,很好地实现了系绳实际长度对期望长度的跟踪,同时有效地抑制了离轨过程中的系绳摆动。