飞行器碰撞概率计算的一般方法

研究了飞行器碰撞概率计算的一般方法,这种方法通过飞行器和空间物体各自的状态矢量、位置误差协方差矩阵以及形状尺寸来计算飞行器和空间物体的碰撞概率。从位置误差协方差矩阵的一般形式出发,推导了飞行器的碰撞概率计算公式。在推导过程中,将飞行器的相对运动速度看作是方向不变的矢量,从而可以消去平行于相对速度的一维,将三维的概率计算问题转化为和相对速度垂直的相遇平面内的二维概率问题。针对二维概率问题分别研究了三种碰撞概率的计算方法,并比较了它们各自的优缺点。最后通过数值算例验证了三种方法各自的特点及正确性。     

利用数值优化技术设计周期性绕飞的编队轨道

考虑非线性和椭圆参考轨道等因素,选择编队卫星周期性绕飞的初始条件,设计自然周期性绕飞轨道,对长期编队飞行是十分必要的。然而利用Hill方程确定初始绕飞条件,设计长期编队飞行的轨道,具有很大的误差。本文在考虑非线性和椭圆参考轨道等因素的条件下,利用数字优化技术寻找周期性绕飞的初始条件,设计不消耗任何燃料的编队卫星轨道。优化的结果可用来研究周期性绕飞轨道必须满足的条件,加强对编队机理的认识。数值仿真结果验证了优化结果的正确性和有效性。     

飞船返回再入制导方法研究

本文分析研究了飞船离轨返回制动段的制导方法,提出了一种消除制动段误差对再入点状态参数影响的制动发动机综合关机方法,并对再入段的制导方法进行了分析讨论,最后进行了数值仿真分析,论证了方法的可行性。     

载人飞船逃逸飞行段姿态控制律设计

载人飞船在逃逸飞行过程中,需要对其姿态作较大幅度的调整,调整幅度可达０°～１８０°,飞船姿态的调整可以通过控制俯仰通道来完成。由于飞船姿态运动的三个通道一般是相互交连的,因此,在作姿态大幅度调整的过程中,还需要对其它两个通道进行姿态稳定。本文设计的一种相平面开关曲线和相应的姿态控制律,既可以用于飞船作大姿态调整,又可以用于姿态稳定。数字仿真结果表明,只要合理选择开关控制曲线的有关参数,可使姿态控制精度满足设计要求。     

空间引力波探测无拖曳技术现状与趋势

航天器无拖曳控制是实现引力波空间探测科学平台超静超稳运行的核心关键技术之一。目前,国内外各研究机构对航天器系统的动力学与控制进行了深入研究,并针对不同的探测频段需求提出了不同的探测任务。根据探测任务进行了航天器编队设计与控制的详细介绍和分析,对涉及的无拖曳与姿态控制、高精度惯性传感器与执行机构等原理和理论方法进行了深入的剖析。针对现已开展的空间引力波探测无拖曳航天器在轨飞行的演示验证整体情况进行详述和分析。在此基础上,提出后续开展相关研究中亟待解决的关键问题,指出未来无拖曳航天器系统动力学与控制的研究热点和趋势。     

Adaptive sliding mode control of modular self-reconfigurable spacecraft with time-delay estimation

The reconstruction control of modular self-reconfigurable spacecraft (MSRS) is addressed using an adaptive sliding mode control (ASMC) scheme based on time-delay estimation (TDE) technology. In contrast to the ground, the base of the MSRS is floating when assembled in orbit, resulting in a strong dynamic coupling effect. A TED-based ASMC technique with exponential reaching law is designed to achieve high-precision coordinated control between the spacecraft base and the robotic arm. TDE technology is used by the controller to compensate for coupling terms and uncertainties, while ASMC can augment and improve TDE’s robustness. To suppress TDE errors and eliminate chattering, a new adaptive law is created to modify gain parameters online, ensuring quick dynamic response and high tracking accuracy. The Lyapunov approach shows that the tracking errors are uniformly ultimately bounded (UUB). Finally, the on-orbit assembly process of MSRS is simulated to validate the efficacy of the proposed control scheme. The simulation results show that the proposed control method can accurately complete the target module’s on-orbit assembly, with minimal perturbations to the spacecraft’s attitude. Meanwhile, it has a high level of robustness and can effectively eliminate chattering.     

基于欧拉角观测模型的航天器姿态确定方法

针对基于乘性误差四元数的EKF姿态确定技术,系统研究了姿态敏感器常用的欧拉角观测模型,从两个方面证明了目前许多文献中所构造的欧拉角误差相对于误差四元数矢部的测量灵敏度矩阵存在缺陷,从理论上剖析了这一问题的成因,并推导了正确的测量灵敏度矩阵形式,数值仿真进一步验证了本文的结论。     

封面

通过求解零初始速度下的无控相对运动距离最小值,分析了圆参考轨道下航天器近距离相对悬停的被动安全特性。航天器相对悬停的被动安全特性可描述为处于受控悬停状态的航天器在控制力消失后的相对运动轨迹与目标禁飞区之间的空交集状态,该问题可转换为求解零初始速度下的相对运动距离最小值。由于初始位置的不同,相对距离最小值点可能位于整数倍周期极小值或非整数倍周期极小值点,通过分析两种类型极小值点的存在条件以及极小值点为最小值点的分界条件得到临界被动安全悬停区域的计算方法。针对典型的相对悬停场景,仿真分析了平面圆和三维球形禁飞区约束下临界安全悬停区域,评估了模型误差和J_2摄动对悬停被动安全特性的影响。该分析方法可为具有被动安全特性的近距离悬停任务设计提供指导。     

空间碎片碰撞风险评估模型及其应用

以现有的空间碎片环境模型为基础,建立了一套空间碎片风险评估模型。该模型包括空间碎片环境、航天器有限元建模、几何遮挡处理以及碰撞概率计算四个模块。为了验证风险评估模型的精度及有效性,针对机构间空间碎片协调委员会指定的三种标准工况,将该计算结果与国内外已有的风险评估模型的计算结果进行比较,验证了风险评估模型的正确性。利用开发的风险评估模型,对立方体航天器遭遇空间碎片碰撞风险进行仿真评估与分析,给出了轨道高度、倾角以及航天器自身的姿态参数对航天器遭遇空间碎片碰撞风险的影响特性。     

载人飞船上升段轨道的Newton迭代设计法

本文对载人飞船上升段轨道的一种工程设计方法进行了探讨。该方法的特点是根据上升段飞行的特征,运用飞行力学原理选定其控制规律的数学模型,然后根据上升段轨道的中间约束条件和终端约束条件,利用Newton迭代法确定模型中的各待定参数。本文给出了该设计方法的流程图,并通过模拟计算论证了该设计方法的可行性。