遥操作交会对接系统研究

遥操作交会对接是指操作人员在远端通过遥操作方式控制追踪航天器进行交会对接,主要用于无人航天器自动交会对接系统故障条件下平移靠拢段的交会对接控制.简要介绍了遥操作交会对接的基本概念及其国内外研究现状;结合我国载人航天工程的基本特点,设计了适用于我国未来空间站任务的遥操作交会对接系统;根据设计的系统方案,设计和开发了相应的遥操作交会对接仿真系统,并进行了部分仿真分析和遥操作交会对接试验,初步验证了设计方案的可行性.     

远程导引变轨故障后轨道重构设计与分析

研究了空间交会远程导引变轨故障后轨道重构问题,提出了轨道重构设计准则,对五冲量远程导引的每一次变轨故障分别给出了四类轨道重构方案.根据提出的设计准则对给出轨道重构方案的修正能力、测控条件、推进剂消耗、终端精度和安全性进行初步分析,确定了处理远程导引变轨故障的轨道预案.     

基于十字靶标的人控交会对接仿真

为了减轻航天员的负担,提高人控对接成功率,建立人控交会对接仿真系统是很有必要的。通过对追踪飞行器和目标飞行器的动力学模型分析,建立了人控交会对接仿真系统的基本框架,并基于十字靶标进行了相应的仿真实验。实验结果表明航天员经过一定的训练后,可以通过操作手柄控制追踪飞行器的位置和姿态,实现航天器的交会对接。为降低操作的复杂程度,航天员可以只进行位置控制,而把姿态控制交给自控系统,这样手控对接的成功率会更高。     

基于循环追踪算法的编队航天器交会控制

采用循环追踪算法解决编队航天器交会控制问题。建立并推导了线性循环追踪算法和非线性循环追踪算法数学模型,提出了绕飞平面采用循环追踪控制,绕飞平面法向采用比例微分进行振动抑制的编队交会控制律。基于脉冲推力方式,对绕飞平面分别采用线性和非线性循环追踪的三航天器编队交会控制问题进行了仿真分析。仿真结果表明,提出的基于循环追踪的控制方式可满足编队航天器交会控制要求,航天器按顺时针运行轨迹交会于初始位置决定的参考中心,三航天器间相对距离、相对运动速度变化趋势基本一致,速度增量消耗较小,为航天器编队构形控制研究提供有益参考。     

单航天器无需变轨与Walker星座多星交会的充分条件及特性分析

以Walker星座为研究对象,对单航天器无需变轨实现多星交会的问题展开研究。从Walker星座相位同构特性出发,得到了单航天器无需变轨能够对多颗星座卫星交会的充分条件,对交会的星座卫星的数目和星座卫星组合等问题进行了研究。在此基础上,提出了利用解析法求解交会轨道的轨道设计方法,并对交会轨道的特性进行了分析。对交会更多星座卫星(大于3颗)的可能性展开了讨论。研究结果可为单航天器无需变轨对星座多星交会提供理论依据。     

航天器推进系统模块化建模方法

为了研究由复杂增压气路和推进剂供应管路组成的航天器推进系统的动力学问题,基于AMESim软件平台,构建了模块化、可扩展的航天器推进系统仿真模型UPSSim.模型中,增压气路采用分段集中参数模型,推进剂供应管路采用分布参数模型,并考虑了系统各组件与环境的换热.对某型轨控发动机的变轨过程进行了仿真,UPSSim能准确模拟该发动机变轨过程中系统参数的变化,计算结果与设计性能参数、飞行遥测数据吻合较好.仿真结果表明,本文所采用的模块化建模与仿真方法适用于复杂管网的建模,在航天器推进系统仿真建模与仿真领域具有较好的应用前景.     

声音

3日凌晨1时36分,在轨运行30圈的神舟八号飞船和在轨运行541圈的天宫一号目标飞行器,在距离地面高度343公里的轨道上成功实施了交会对接,实现两航天器刚性连接,形成组合体。     

交会对接中雷达测量信息的最优估计

基于目标飞行器与追踪飞行器交会对接这一应用背景,对于追踪飞行器上交会雷达对目标飞行器的原始测量信息(斜距、方位角、俯仰角,甚至径向速度),通过建立适当的目标模型以及观测方程,很好地对2个飞行器的非线性相对运动规律、追踪飞行器绕地球高动态旋转特性、追踪飞行器姿态偏差进行了补偿或修正,实现了最优估计,并通过仿真进行了验证。     

天基光学短弧观测约束域的粒子群优化定轨方法

针对空间目标定轨问题,提出一种利用两段天基光学短弧观测数据的粒子群优化定轨新算法。在介绍天基光学短弧观测测量帧集、测量约束域及目标函数构造的基础上,为解决已有的基于网格搜索思想寻优的算法存在的多解、局部最优解及运算量过大等问题,提出了一种利用粒子群优化算法在约束域内对目标函数值寻优达到定轨目的的新算法。对算法的性能进行了仿真验证。多次仿真结果表明:该算法大大降低了计算量,且有效地解决了目标函数多解和局部最优解问题,对目标定轨的精度与定轨算法的克拉美罗下限接近。     

基于空间发射的远程交会路径规划

研究了空间平台发射追踪器的相关技术和组合机动路径规划策略。首先对空间发射方式、发射窗口和发射初始姿态需求进行了系统分析,选择了合理的发射方式,提出了发射方案设计策略。针对空间平台发射追踪器实现与目标远程交会的组合机动问题,进行了基于投放发射的空间交会任务分析。建立了非线性多冲量推进最优变轨数学模型,以及基于空间发射的多约束多参数组合机动路径规划模型。设计了遗传算法+序列二次规划串行混合求解策略进行求解,并对发射方案和参数选择的必要性进行了仿真分析。仿真结果表明,本方法能够有效实现基于空间发射的远程交会任务设计及组合机动路径规划。研究结果为空间发射任务和组合机动路径规划提供了有价值的参考。     

Rendezvous of three agents on the line

This paper considers a three‐person rendezvous problem on the line which was introduced earlier by the authors. Three agents are placed at three consecutive integer value points on the real line, say 1, 2, and 3. Each agent is randomly faced towards the right or left. Agents are blind and have a maximum speed of 1. Their common aim is to gather at a common location as quickly as possible. The main result is the proof that a strategy given by V. Baston is the unique minimax strategy. Baston's strategy ensures a three way rendezvous in time at most 3.5 for any of the 3!2³ = 48 possible initial configurations corresponding to positions and directions of each agent. A connection is established between the above rendezvous problem and a search problem of L. Thomas in which two parents search separately to find their lost child and then meet again. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 49: 244–255, 2002; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/nav.10005     

Many‐player rendezvous search: Stick together or split and meet?

Rendezvous search finds the strategies that players should use in order to find one another when they are separated in a region. Previous papers have concentrated on the case where there are two players searching for one another. This paper looks at the problem when there are more than two players and concentrates on what they should do if some but not all of them meet together. It looks at two strategies—the stick together one and the split up and meet again one. This paper shows that the former is optimal among the class of strategies which require no memory and are stationary, and it gives a method of calculating the expected rendezvous time under it. However, simulation results comparing both strategies suggest that in most situations the split up and meet again strategy which requires some memory leads to faster expected rendezvous times. © 2001 John Wiley & Sons, Inc. Naval Research Logistics 48:710–721, 2001     

Rendezvous search on labeled networks

Two players are independently placed on a commonly labelled network X. They cannot see each other but wish to meet in least expected time. We consider continuous and discrete versions, in which they may move at unit speed or between adjacent distinct nodes, respectively. There are two versions of the problem (asymmetric or symmetric), depending on whether or not we allow the players to use different strategies. After obtaining some optimality conditions for general networks, we specialize to the interval and circle networks. In the first setting, we extend the work of J. V. Howard; in the second we prove a conjecture concerning the optimal symmetric strategy. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 49: 256–274, 2002; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/nav.10011     

小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化

现有的小行星探测交会轨道研究多集中于二脉冲最优燃料研究,本文则研究了小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化问题.基于Lambert交会算法建立了包含地球逃逸轨道和日心转移轨道的多脉冲交会轨道优化模型,以燃料消耗最小和转移时间最短为两个优化目标函数.采用一类典型的多目标进化算法——NSGA -Ⅱ用于Pareto最优解的确定....     

Rendezvous search when marks are left at the starting points

Leaving marks at the starting points in a rendezvous search problem may provide the players with important information. Many of the standard rendezvous search problems are investigated under this new framework which we call markstart rendezvous search. Somewhat surprisingly, the relative difficulties of analysing problems in the two scenarios differ from problem to problem. Symmetric rendezvous on the line seems to be more tractable in the new setting whereas asymmetric rendezvous on the line when the initial distance is chosen by means of a convex distribution appears easier to analyse in the original setting. Results are also obtained for markstart rendezvous on complete graphs and on the line when the players' initial distance is given by an unknown probability distribution. © 2001 John Wiley & Sons, Inc. Naval Research Logistics 48: 722–731, 2001     

用非线性规划求解有限推力最优交会

利用非线性规划方法研究了航天器的有限推力最优交会问题。这种方法利用了近年来发展起来的直接优化技术,用分段多项式来表示整个轨道的状态和控制向量,将最优控制问题转化为非线性规划问题。在应用这种方法时,先将整个轨道分为若干推力段和无推力段,然后利用配置方法产生推力段的约束段,利用状态转移矩阵来产生无推力段的约束。最后,对共面轨道情况下的交会进行了数值仿真,验证了方法的有效性和鲁棒性。     

视场约束下V-bar撤离控制的解析计算方法

利用解析方法研究在视场约束条件下交会对接V-bar撤离的控制问题。描述交会对接V-bar撤离的径向冲量机动方案,说明径向机动撤离方案具有减少羽流污染和故障情况下能够避免飞行器碰撞的优点。基于CW方程推导出已知径向冲量求最大视场角和已知视场角约束求容许冲量的解析公式,同时得到求最大视场角时刻和冲量作用后V-bar方向撤离距离的计算公式。最后,数值和解析两种方法的比较验证了解析方法的正确性。     

近地一次环月两次交会的载人登月任务规划

针对近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行阶段多、周期长、约束复杂,导致各阶段飞行窗口与轨道衔接匹配复杂的难题,提出分层分解、正逆向结合的全任务标称飞行窗口与轨道衔接设计策略。介绍近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行模式特点和应用前景,假定任务基本需求与工程约束,仿真验证所提方法的有效性,可以快速规划出近地一次环月两次交会的载人登月任务飞行轨道与窗口。     

环月轨道交会的奔月方案

研究了基于环月轨道共面交会的载人奔月方案.飞行方案设计采取人货分离的原则,包括3次发射,2次环月轨道交会.采用精确轨道动力学模型,得到了满足共面交会约束的发射窗口,以及地月转移轨道特性.进行了3次飞行任务的合理编排和规模估算,结果表明该方案在能量和时间需求上具备可行性.