考虑逃逸与俘获过程的行星际小推力轨道设计

提出一种包含逃逸和俘获阶段的行星际小推力全程轨道设计方法.该方法采用分步式设计思想,针对地球逃逸、日心转移和目标星俘获三段轨道的转移特点,分别采用加权组合控制律和混合法进行顺序设计,并基于拼接条件在地球和目标星引力影响球处完成不同轨道段间的拼接.该方法降低了多引力场穿越轨道动力学的强非线性,具有较高的计算效率和良好的收敛性.以地球-火星转移为例对设计方法进行了仿真计算,数值结果表明:该方法可有效用于行星际小推力转移任务的全程轨道设计.     

关于建立涡旋引力场及“水星进动”与“岁差”运行机制的统一

依据引力场与电磁场应具有的对称性,以及引力场理论应具有的完备性,即以库仑力静电场与万有引力场的对称性,以及电流产生磁场与运动物体产生涡旋引力场的对称性,建立了涡旋引力场.将万有引力与涡旋引力对行星运动的综合作用,对水星进动和地球岁差运行机制的统一性作了论证;对静止卫星轨道摄动作了分析;对太阳系多个行星的岁差作了推算;对章动的物理意义和定义作了新的探讨;并解释了涡旋引力场与旋涡星系蝶形结构形成的关系.经对涡旋引力场理论建立及与实际结合的一致性的论证表明:运动物体将产生涡旋引力场,以万有引力和涡旋引力场组成的引力系统更符合太阳系行星运行的实际,以及本文涡旋引力场理论的建立过程及结论的合理性.并在此基础上,建立了由万有引力和涡旋引力综合作用下的行星轨道模型.     

中国火星探测器首亮相

<正>2019年10月11日,中国航天科技集团通过其官方微博首次公开了中国火星探测器实物照片。据深空探测首席科学家叶培建介绍,火星探测准备工作已就绪,火星探测器暂命名为"火星一号"。据了解,中国火星探测任务计划同时携带环绕器、着陆器和巡视器,即在一次火星探测过程中实现"绕""落""巡"三大任务。探测器发射升空后,先在地球附近加速,进入霍曼转移轨道,再在火星附近减速被火星捕获。由于通过霍曼转移轨道从地球轨     

角度约束辅助测量的深空探测器自主天文测角导航方法

高精度的天文量测信息是满足深空探测器高精度自主天文测角导航的必要条件.天文测角量测信息多种多样,之间具有几何约束关系,测量误差具有不同特性且符合相应的约束条件.本文提出了一种基于角度约束辅助测量的深空探测器自主天文测角导航方法,该方法以深空探测器轨道动力学模型作为状态模型,以火星、火卫一和火卫二与探测器之间的方位角作为量测量建立量测模型,并对量测量进行角度约束建模,然后利用遗传算法-序列二次规划混合非线性规划方法对角度约束模型进行非线性规划,由于系统模型均为非线性模型,因此本文利用容积卡尔曼滤波对系统状态进行估计,减小随机误差,并分析了天文测角的量测精度对导航精度的影响.仿真结果表明,本文所提方法可有效抑制多源随机量测误差,实现深空探测器高精度自主导航.     

磁悬浮车体-单跨弹性轨道耦合控制系统的动力稳定性分析

建立了描述磁悬浮车体-单跨弹性轨道系统电、磁、力耦合动力学行为的理论模型，即：分段周期变系数常微分动力系统模型，提出了该系统的稳定性理论，利用动力分叉数值方法搜索出了给定系统下控制参数G1和G2的动力稳定区域边界；并就系统控制参数G1和G2对系统稳定性特征的影响与控制规律作了进一步研究．数值算例表明：本文给出的理论和数值方法是可靠有效的．     

基于特征根的跨坐式独轨车辆的稳定性分析

建立了跨坐式独轨车辆的横向动力学方程 ,并在该模型中考虑了所有轮胎的径向刚度以及走行轮胎的侧偏效应和纵向滑转 .根据动力学方程的特征根分析了跨坐式独轨车辆转向架的运动稳定性 .分析结果表明跨坐式独轨车辆的转向架存在不稳定的蛇行运动 ,其临界速度取决于转向架本身的结构及参数 .特征根分析还表明 ,只有当导向轮胎和稳定轮胎同时贴靠轨道并且其径向刚度要达到一定的数值时 ,转向架的运动才是稳定的     

ECT自旋-引力场理论在黎曼背景时空下的表述和规范条件

ECT自旋-引力场理论(或称TFL自旋-引力场理论)是Einstein引力场理论在有挠弯曲时空中的推广理论,它消除了Einstein引力场理论与Dirac电子场理论之间的矛盾,其简化形式的ECT自旋-引力场理论有Einstein引力场理论极限,因此,它应是比Einstein引力场理论更加正确的引力理论.标准的ECT自旋-引力场理论认为自旋-引力场完全是一种有挠弯曲时空的几何结构,为了得到清晰的物理图像和对具体的引力问题进行分析,我们需要认为自旋-引力场也是一种在黎曼背景时空下的动力学场.本文将ECT自旋-引力场理论中的自旋-引力场看作是黎曼背景时空的几何结构及在黎曼背景时空下的动力学场的复合体,自旋-引力场在给定黎曼时空背景下的物理效应用动力学场描述.应用这种思想,我们建立了ECT自旋-引力场理论在黎曼背景时空下的表述,并且在黎曼背景下讨论了自旋场和引力场的规范条件.     

回归大椭圆轨道卫星轨迹保持策略与仿真

为了实现大椭圆轨道卫星星下点在一定经度范围内回归,保持对特定区域的长时间观测,对优化轨迹保持策略进行了深入研究。首先提出了必须根据共振大椭圆卫星的轨道演变规律进行轨迹保持。同时分析了大椭圆轨道卫星满足回归条件的轨道约束;其次分析了主要动力学模型的摄动规律,建立了轨道摄动对升交点赤经、半长轴以及轨迹漂移影响的计算模型;最后结合工程应用实际,给出了具体的回归大椭圆轨道的轨迹保持周期和保持策略。通过仿真实验及结果分析,表明了该策略的正确性和有效性,为回归大椭圆轨道卫星的轨道设计和测控实施提供技术参考。     

列车-轨道耦合系统随机不平顺动力响应分析

对在我国高速铁路上应用较广泛的CRH3型列车和CRTSⅡ型无砟轨道进行了精确的动力学分析.首先,对列车的车体、转向架、轮对3个主要部分进行重点分析,建立列车动力学模型;然后,以CRTSⅡ作为轨道研究对象,建立轨道动力学模型;之后,运用改进的动力分析数值积分求解算法,快速精确地获得了列车-轨道耦合振动输出;同时,将被忽略的轮轨接触点的精确定位,及轨道的衰减振动引入到列车-轨道耦合模型中,模型获得了与实际值接近的模拟结果.     

卫星离散动力学模型的建立

采用部件振型法建立航天卫星离散动力学模型.首先使用有限单元法对挠性部件进行模态分析,得出挠性部件的特征值和特征矢量,然后利用离散参数拟坐标拉格朗日法建立航天卫星的离散动力学模型.该模型既考虑了卫星本体和挠性部件的刚性旋转运动,也考虑了挠性部件本身的振动.     

基于多重近似重访周期的火星-太阳同步回归轨道设计

在分析火星-太阳同步回归轨道数学模型的基础上,设计了回归周期的近似重访周期算法.基于对回归要素取整处理,结合回归轨道重访特征函数,通过对重访间隔子间距数的判断,可以得到最优近似重访周期和次优近似重访周期,近似重访周期的设计能以更高的时间分辨率实现对地覆盖.进一步分析了最优回归周期族与火星赤道表面覆盖率的关系,并计算了其对应的轨道参数.为火星探测初期的轨道设计提供了借鉴.      

小行星探测近轨操作的轨道动力学与控制

探测器接近小行星后开展的逼近、伴飞/绕飞和悬停等一系列近轨操作是实现小行星采样返回等任务活动的前提和关键.本文结合我国未来小行星探测任务构想,以弱引力快自旋小行星2016 HO3为背景,针对其近轨操作过程中的轨道动力学与控制问题开展研究.首先,针对逼近段,考虑路径约束和视线角约束,采用滑移制导律设计了小行星多脉冲逼近轨道,并提出了一种抗扰动的重构迭代逼近策略;其次,为了实现小行星物理特征的初步测量,分别设计了探测器相对小行星的伴飞轨道和慢飞越轨道,建立了伴飞距离与伴飞速度间的联系,发现了飞越速度随飞越高度和飞越时间的变化规律,并给出利用慢飞越实现小行星全球观测的轨道设计方法;最后,研究了考虑太阳光压等摄动力作用和模型不确定情况下的小行星定点与区域悬停控制,设计了自适应鲁棒控制律并证明了其稳定性,为小行星的局部区域精细探测提供条件.以上研究可为我国未来的小行星探测任务提供参考和借鉴.     

火星探测器跟踪及VLBI测定轨分析

我国将于2020年首次发射由轨道器和火星车组成的火星探测器.火星探测器的跟踪及精密测定轨是完成工程任务和科学探测的前提.本文首先分析了火星探测器跟踪技术.然后在简述好奇号火星车VLBI观测频度和测定轨精度的基础上,以2020年7月发射的火星探测器为例,给出了深空机动、近火制动、平面机动、降轨前等关键测控弧段的太阳等离子体时延、各测站观测仰角等参数.分析了我国VLBI网对火星探测器的测定轨能力以及关键弧段的测定轨精度.用5 d的测距测速数据、测速测距+VLBI数据分别进行定轨并预报2 d至近火制动点,三维定轨误差(1σ,下同)由只用测速测距时的45.7 km降至18.8 km,近火点高度预报误差由28.2 km降至7.6 km,体现了VLBI在近火制动等关键测控弧段对定轨和轨道预报精度提高的贡献.在测距、测速和VLBI时延测量误差降低后,近火制动段定轨和预报误差会进一步降低.     

深空信道模型、中继网络架构和通信传输协议的课题技术总结

研究了空间通信领域中的CCSDS协议和DTN协议,对CCSDS协议栈中的CFDP协议和DTN协议栈中的LTP协议、BP协议进行了深入的分析,提出了基于渗流的深空通信传输协议;完成了火星探测器通信模拟器、火星中继卫星通信模拟器、地面站通信模拟器和地面控制中心通信模拟器的硬件设计;搭建了支持1个火星探测器、3颗火星中继卫星、2个地面站和1个地面控制中心的深空通信演示验证系统。     

“天问一号”火星磁强计伸杆机构（英文）

3 m多长的伸杆机构是天问一号火星磁强计的一个重要组成部分，用于将磁通门磁强计探头伸离卫星本体以减小卫星对磁场测量的影响。火星磁强计伸杆机构是一种多关节、铰链转轴驱动的一次性展开机构。在设计时充分考虑到了其功能性、可靠性和系统约束要求等因素。力学分析和地面验证试验表明火星磁强计伸杆机构足以承受最坏情况下的在轨环境。在经历了漫长的地火转移旅程后，火星磁强计伸杆机构于2021年5月25日成功展开。展开过程耗时约4.6 s，两个探头被送至远离环绕器本体位置，其中外侧探头距离环绕器3.19 m，内侧探头距离环绕器2.29 m。展开到位后，外侧探头处所测得的磁场大小由1250 nT减弱至不到6 nT。火星磁强计伸杆机构为后续探测任务中需在低温环境下长期贮存的空间展开机构的研制提供了宝贵的工程经验。     

未标定视觉伺服系统的动力学控制

针对具有动力学不确定性的未标定机器人视觉伺服系统,通过在机器人末端操作器上选取多个特征点,设计了一个基于机器人动力学的关节力矩控制器,使得特征点在图像平面上收敛到其期望值.首先,分别基于不含深度信息的图像雅可比矩阵和一组适当选取的机器人动力学参数,建立了摄像机和机器人动力学的线性参数模型.然后,在此基础上,进一步设计了摄像机和机器人动力学参数的在线自适应更新律,分析了系统的稳定性.最后,在一个三关节机械臂上进行了仿真实验,实验结果验证了该控制方案的良好控制效果.     

月球探测器精确相对动力学模型及其应用

在地月会合坐标系下建立了月球探测器的相对动力学模型, 模型中考虑了太阳、地球和月球的真实天体力学环境. 给出了太阳引力摄动下地月会合坐标系绝对角速度的简单但精确的表达式. 所提供的相对动力学模型与J2000坐标系下的绝对动力学模型完全等价. 如果将太阳引力常数置为零, 模型则退化为椭圆型限制性三体问题模型; 如果再将月球轨道偏心率置为零, 模型则进一步退化为圆型限制性三体问题模型. 基于本文模型导出了计算地月系统的共线和三角拉格朗日平动点更精确位置的迭代格式, 它与儒略时刻以及所考虑的时间范围有关. 所提供的相对动力学模型对经由拉格朗日点的探月轨道设计有重要参考价值.     

汽车操纵稳定性动力学建模及其在人-车-路闭环系统中的应用

利用多体系统动力学方法建立了基于ADAMS软件平台的某一小型客车的整车动力学分析模型,同时和预瞄最优曲率驾驶员模型以及蛇行道路期望轨迹组成其人-车-路闭环操纵稳定模型.在MATLAB环境中对所建立的模型进行蛇行试验仿真,结果表明,ADAMS和MATLAB联合仿真在汽车闭环操纵稳定性分析上是有效和合理的.     

系统可观测性理论与深空探测自主导航方法专题·编者按

近年来,我国月球及深空探测技术发展迅速. 2020年12月17日,随着嫦娥五号返回器携带1731克月壤返抵地球,历经16年我国圆满完成了探月工程"绕、落、回"三步走战略目标,也开启了后续深空探测的新篇章. 2021年2月24日,我国首个行星际探测器"天问一号"进入火星停泊轨道,经过近3个月的环绕探测后,于5月15日成功软着陆,在火星探测史上首次一步实现"绕、落、巡".     

多国开启火星探测其中真真假假你可知?

正7月23日12时41分,长征五号遥四运载火箭搭载我国自主研发的"天问一号"火星探测器在中国文昌航天发射场顺利升空。天问一号将实现火星环绕和着陆巡视,对火星开展全球性、综合性的环绕探测,并在火星表面开展区域巡视探测。7月份还有阿联酋的希望号火星探测器、美国的毅力号火星探测车离开地球奔赴火星。对许多人来说,亿万千米外的火星既熟悉又神秘,许多科幻大片都以火星为背景拍摄,科学家也在设想让人类移民火星,但是关于火星是否有生命存在、外星人是否到访、火星的气候、辐射环