神舟飞船交会对接自动控制系统设计

2011年11月、2012年6月、2013年6月相继发射的神舟八号、神舟九号、神舟十号无人和载人飞船分别与天宫一号目标飞行器成功地进行了4次自动交会对接.本文首先简要介绍了神舟飞船交会对接自动控制系统的组成和飞行阶段划分,重点对自动交会对接制导、导航和控制的设计方案和算法进行了介绍,对决定交会对接任务成败的导航精度、制导精度和控制精度进行了分析,并给出了在轨飞行验证结果.     

中国载人交会对接技术的设计与实现

中国在载人航天工程第二步第一阶段任务中,自主研制了天宫一号目标飞行器和神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船,通过3次在轨飞行任务完成了8次交会、6次对接,覆盖了自动和手动等多种交会对接模式,突破并掌握了交会对接技术.从交会对接系统、交会轨道、交会测量和控制、信息传输、对接与分离、飞行方案,以及试验验证等方面对中国载人交会对接设计的技术特点、所采用的创新技术方法和解决的技术难题进行了介绍,在飞行验证的基础上分析了工程任务取得的成果,与国际水平进行了综合比较,对中国载人交会对接技术的设计和研制情况进行了总结.     

载人飞船型谱发展研究

我国"神舟"飞船已成功执行了十次飞行任务,从"神舟十号"开始转入应用性飞行,标志着我国已建成了功能完备的近地轨道载人天地往返运输系统."神舟"载人飞船以三舱构型为基本型,通过逐步补充和完善功能,已形成了天地往返飞船、出舱活动飞船和交会对接飞船3种型谱,具备执行近地轨道空间站天地往返运输任务,也可根据需要开展出舱活动等近地轨道载人飞行的其他任务.未来载人航天发展必须向超越近地轨道,向更远的深空目标探索,因此有必要尽快研制更安全、更可靠、能适应近地和深空多任务的新一代载人飞船.     

天宫一号基于控制力矩陀螺的智能多模自适应姿态控制系统设计与验证

天宫一号是目前我国在轨运行的体积最大、重量最重的载人航天器.它具有变构型、变参数的特性,采用控制力矩陀螺系统和喷气推进系统实现高精度、高稳定度姿态控制.本文通过对天宫一号控制对象参数缓变和跳变相结合特点的分析,规划了高可靠灵活的控制策略,设计了智能多模自适应姿态控制系统.利用智能控制中规则集设定多模自适应控制的指标切换函数分配,利用多模自适应控制算法建立多模型控制器实现不同控制对象,不同控制任务的姿态控制.天宫一号通过地面测试和物理仿真试验,最后发射在轨运行,与神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船圆满完成交会对接任务,充分验证了姿态控制系统设计的正确性和有效性.该设计方法在解决大型航天器变构型、变参数组合体姿态控制方面有突出优点,在未来的载人航天领域空间站建设具有应用前景.     

交会对接地面验证技术

本文对交会对接地面仿真验证技术的实现途径进行了总结,着重对我国交会对接地面仿真验证技术发展历程中具有重要代表性的交会对接九自由度半物理仿真验证系统的设计特点进行了介绍,给出了利用该仿真验证系统对我国交会对接技术核心的自控/人控系统设计进行仿真验证的结果,最后对我国交会对接地面仿真验证技术的发展方向进行了展望.     

交会对接地面验证技术

本文对交会对接地面仿真验证技术的实现途径进行了总结,着重对我国交会对接地面仿真验证技术发展历程中具有重要代表性的交会对接九自由度半物理仿真验证系统的设计特点进行了介绍,给出了利用该仿真验证系统对我国交会对接技术核心的自控/人控系统设计进行仿真验证的结果,最后对我国交会对接地面仿真验证技术的发展方向进行了展望.     

交会对接载人组合体热管理技术研究

组合体热管理是优化交会对接载人组合体热控设计,实现长期载人热环境控制的重要手段.在对目标飞行器和载人飞船组合体热特性分析的基础上,提出了以舱段间通风为技术手段的交会对接载人组合体热管理方案,并结合热平衡试验数据,建立了组合体热管理系统分析模型.仿真结果、地面热平衡试验数据和在轨飞行数据表明,组合体密封舱内空气流速分布满足要求,温度在19~26°C可调,空气相对湿度在30%~70%范围内,验证了交会对接载人组合体热管理设计的正确性.最后对空间站等复杂组合体热管理设计提出了建议.     

神舟飞船空间交会自主控制技术与工程实践

针对交会对接近距离导引自主控制，分析了关键技术、飞行阶段划分和关键控制点的设置，研究了各飞行阶段的控制策略和相对测量方案，简述了人控交会对接方案，并给出了交会对接任务近距离导引的实施情况，验证了设计的正确性．     

我国首次空间交会对接远距离导引方案设计与飞行验证

针对交会对接任务远距离导引,分析了远距离导引的主要任务及导引控制策略、测控通信支持等方面的需求,进行了远距离导引方案设计,并给出了在我国首次空间交会对接任务中的验证情况.     

神舟七号飞船伴星飞行试验方案设计及试验验证

神舟七号载人航天飞行任务中,我国首次在轨释放了一颗伴随卫星,试验和验证伴星在轨释放和伴随飞行技术.伴星平台集成了三结砷化镓高效太阳电池、锂离子蓄电池,以及液氨推进系统等新技术,其有效载荷为双焦距一体化可见光相机,可实现对近距离空间飞行器的视频观测和照相.2008年9月25日,伴星随神舟七号飞船发射升空后,按预定计划在轨释放,获取了1680幅飞船图像;通过6次轨道机动控制,于10月5日形成了相对神舟七号飞船轨道舱的绕飞椭圆,并连续保持了25圈.本文简述伴星飞行试验任务目标和卫星设计方案,重点阐述伴随飞行方案设计及飞行试验验证结果.     

飞船空间对接机构技术

空间对接是载人航天工程的关键技术,本文讨论了我国神舟对接机构的系统方案,分析了对接捕获和缓冲的动力学设计、机构学设计,以及对接机构连接刚度的保证等方面问题,讨论了对接机构地面试验系统和试验方案,介绍了我国首次空间对接的情况.     

飞船空间对接机构技术

空间对接是载人航天工程的关键技术,本文讨论了我国神舟对接机构的系统方案,分析了对接捕获和缓冲的动力学设计、机构学设计,以及对接机构连接刚度的保证等方面问题,讨论了对接机构地面试验系统和试验方案,介绍了我国首次空间对接的情况.     

天宫一号整体壁板式密封舱结构技术

2011年9月,天宫一号目标飞行器发射升空,于2011年11月、2012年6月和2013年6月与3艘载人飞船完成3次交会对接,航天员两次进入实验舱生活和工作.实验舱是目前国内首个在轨工作2年以上的载人密封舱,该密封舱首次采用整体壁板式结构.本文分析了长寿命载人密封舱结构设计约束条件,通过不同结构形式的比较,提出了密封舱采用整体壁板结构,介绍了壁板结构设计准则和研究内容.该项设计技术的突破为我国未来大型长寿命载人航天器,尤其是载人空间站结构奠定了基础.     

神舟七号飞船出舱活动气闸舱的研制

我国研制成功的第一个出舱活动气闸舱——神舟七号飞船气闸舱,在充分利用现有的技术基础上,对飞船原有轨道舱从系统方案、总体布局、热控制、泄复压、舱外航天服舱载支持、话音通信、人机工效等方面进行了重新设计,既可作为2人出舱活动气闸舱,又可兼作3人的生活舱.经过了全面的地面试验验证后,圆满完成了出舱活动飞行试验,突破了气闸舱关键技术.神舟七号飞船气闸舱在技术上有重大创新,使我国成为世界上第三个独立掌握空间出舱活动技术的国家,其综合技术达到国际先进水平.     

一种环月交会对接航天器的自主导航方法

我国正在进行月球采样返回工程,月球轨道交会对接是采样返回任务中关键环节之一.本文提出了一种新交会过程中目标航天器和追踪航天器自主航方法.该方法综合利用成像敏感器、交会雷达和激光高度计测量信息,结合绝对轨道动力学模型,利用UKF滤波算法设计航滤波器,能够同时估算交会对接过程中追踪航天器和目标航天器绝对轨道参数.在月球阳照区,采用成像敏感器和交会雷达测量信息进行自主航;在月球阴区,则采用交会雷达和激光高度计测量信息进行自主航.通过理论分析和数学仿真,验证了所提出自主航方法有效性.本文所提出方法为月球轨道交会对接工程实现提供了理论参考.     

大Reynolds数液滴Marangoni迁移的空间实验装置

讨论了液滴热毛细迁移的空间实验装置,该实验是中国神舟号飞船中的一个项目.与国际上同类装置比较，它具有不需要宇航员直接操作，依靠程序自动控制及遥科学手段完成全部科学实验的能力.它不仅能完成大Reynolds数的液滴迁移实验，而且在这类空间装置上使用了等厚型光学干涉系统.     

神舟四号飞船综合精密定轨

针对神舟四号飞船的轨道特点和国内已有的测定轨手段的优缺点, 确定了联合GPS, SLR和USB 3种观测数据, 并进行了精密电离层延迟改正的综合精密定轨方案和联合定轨模式. 介绍了综合精密定轨系统的构成及定轨数学模型. 对实际观测数据不同模式的联合定轨结果进行了分析, 结果表明定轨径向精度优于2 m.     

嫦娥三号探测器7500N变推力发动机研制

为实现空间飞行器轨道机动、交会对接、星际软着陆等任务,采用具有大范围推力调节能力的变推力液体火箭发动机是比较理想的方案.嫦娥三号探测器采用的7500 N变推力发动机,为我国首台大范围变推力发动机,可按照飞行器的控制指令,准确、快速、无级地改变推力,来实现探测器的中途修正、近月制动及月面软着陆任务.介绍了7500 N变推力发动机的研制情况,包括发动机技术方案、关键技术攻关以及试验验证情况,试验验证和飞行情况表明,发动机设计合理、性能先进、工作可靠.     

大Marangoni数下液滴热毛细迁移的 数值研究

采用轴对称的非定常模型对大Marangoni数下的液滴热毛细迁移问题进行数值模拟研究, 采用界面追踪方法, 发现无量纲的液滴迁移速度会随着Marangoni数的增大而减小. 数值模拟结果与神舟 4 号飞船实验中的结果进行了比较, 得到一致的变化趋势. 同时, 这也是第一次在大Marangoni数范围下利用数值模拟的方法证实该实验现象.     

日本计划发射载人宇宙飞船

日本《朝日新闻》报道 ,日本三个宇航机构最近联合编制了宇宙开发设想 ,计划在 2 0 2 0年度正式发射载人宇宙飞船。报道说 ,日本计划利用无人水平起降机发射载人宇宙飞船。自动操作的无人起降机首先负载着宇宙轨道飞船像飞机那样水平起飞升空 ,飞船将在大气层与起降机分离 ,然后依靠自己的动力在轨道上飞行。日本计划发射的宇宙轨道飞船全长 30米 ,主翼宽 14米 ,重 130吨 ,可以乘载 5至 8人。用来发射飞船的无人起降机全长 6 5米 ,主翼宽 30米 ,重 140吨。这三个宇宙机构认为 ,这种宇宙飞船的最大特点是大部分设备和器材可以重复使用 ,能够…