复杂力场中磁性刚体航天器混沌姿态运动的控制

提出了压缩映射-参数微扰方法应用于控制受地球磁场和万有引力场共同作用，具有结构内阻尼的磁性刚体航天器在接近地球赤道面的圆轨道上的混沌姿态运动．利用压缩映射和线性逼近产生一个参数微扰反馈序列，使混沌轨道稳定在嵌入混沌吸引子内的一个不稳定周期轨道上，实现将混沌运动转化为周期运动．混沌吸引子中不稳定周期不动点以及雅可比矩阵的近似计算利用了闭回路对的观测信息．压缩常数可在(-1，1)内灵活选取，给出了保证最优控制过程的压缩常数．数值计算结果证实了此方法在控制复杂力场中航天器混沌姿态运动的有效性．     

混沌控制理论及其发展方向

目的介绍混沌及其相关特性,重点阐述混沌控制的发展、目标、方法以及混沌控制的广泛应用。方法参考相关文献对混沌控制理论进行比较和综述。结果/结论混沌控制理论在众多科学和工程领域得到广泛的应用,诸如物理学、化学、生物学、生态学、医学、机械系统、航天器、电子电气、通讯等,但是其研究方法有待完善和改进。     

任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制

研究在具有内阻尼的磁性刚体航天器在椭圆轨道上平面天平动的混沌及其控制.建立了系统的动力学方程应用Melnikov方法建立了系统存在横截异宿环的条件.分别采用Poincare映射和Lyapunov指对系统混沌运动进行识别.采用输出变量反馈线性化控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的静止状态和周期运动.     

任意椭圆轨道上磁性航天器姿态运动中的混沌及其控制

研究在具有内阻尼的磁性刚体航天器在椭圆轨道上平面天平动的混沌及其控制．建立了系统的动力学方程、应用Melnikov方法建立了系统存在横截异宿环的条件．分别采用Poincare映射和Lyapunov指对系统混沌运动进行识别，采用输出变量反馈线性化控制律及其局部线性化将混沌姿态运动控制为给定的静止状态和周期运动。     

大型空间柔性组合航天器动力学建模与控制

航天器在轨组装制造和在轨服务维护任务中,捕获航天器通过空间机械臂捕获目标航天器后,整个系统构成一个大型空间柔性组合航天器.本文首先建立了综合考虑机械臂关节、臂杆和航天器太阳翼等柔性部件振动影响的组合航天器动力学模型,采用非线性扭簧模型描述柔性关节,采用假设模态法和有限元法描述柔性臂杆和太阳翼,通过动量守恒和拉格朗日方法推导了柔性组合航天器的动力学方程.然后设计了柔性组合航天器轨迹跟踪与振动抑制复合控制系统,采用奇异摄动方法对组合航天器动力学模型进行了降阶分解,在快慢两种不同时间尺度内分别独立设计了控制器.最后通过数值仿真验证了建模和控制方法的有效性.仿真结果表明,本文所建动力学模型精确有效,能够准确反映柔性组合航天器的运动学和动力学特性;复合控制方法能够保证组合航天器在实现机械臂精确轨迹跟踪控制的同时有效抑制柔性部件振动,具有工程实用性.     

航天器力学环境分析与试验技术研究进展

航天器力学环境是航天器在整个任务周期内经受的各种载荷作用的响应描述,是直接影响航天器总体设计水平和决定航天任务成败的关键因素.按照任务阶段,航天器力学环境主要分为发射段的力学环境和在轨力学环境.随着我国航天器设计水平的发展,航天器有效载荷对力学环境的要求越来越苛刻,航天器力学环境分析与试验技术已经成为制约我国航天器设计水平的关键技术.本文重点从发射段力学环境分析技术、在轨微振动环境分析技术、力学环境试验技术和航天器振动控制技术等四个方面对国内外近几年的研究进行了回顾,对相关研究进展和成果进行了系统的归纳与阐述.在此基础上,结合我国航天工程的实际需求及航天器发展的趋势,指出未来航天器力学环境分析与试验技术的主要研究方向.     

航天器表面电位主动控制方法可行性的数值仿真分析

目的:为了研究在航天器表面发射电子束、离子束和低温等离子体对航天器表面电位控制的有效性.方法:基于航天器表面带电等效电路模型和电流平衡方程建立了表面电位随时间变化的微分方程,利用该方程以MATLAB为平台编程模拟航天器表面电位在一定时间段内的动态变化,仿真分析发射电子束、离子束控制航天器表面电位的有效性并且分析发射低温等离子体时控制航天器表面电位的可行性.结果:航天器表面发射合适的电子束流和离子束流可以有效降低航天器表面电位,进而分析得到发射低能等离子体时也能有效降低航天器表面电位.结论:在航天器上发射导电粒子束可以降低航天器表面电位,仿真结果对航天器表面电位主动控制技术的研究具有一定指导意义.     

绳系释放时的航天器耦合动力学分析

本文研究了绳系释放对于航天器刚体姿态的影响.基于离散的系绳黏弹性模型,建立了航天器和系绳间刚-柔耦合的时变非线性动力学模型.以Kissel释放控制律为例,研究了系绳自由释放及受控释放时航天器姿态动力学问题,揭示了绳系释放对于航天器本体姿态的影响规律.结果表明,系绳自由释放末的冲击可致航天器旋转,而受控系绳释放使航天器产生绕其局部平衡位置的振荡.航天器初始姿态对绳系航天器的释放动力学具有显著影响.     

航天器交汇对接电位控制研究与航天器电位监测

 低轨航天器间的电位差异是航天器交汇对接面临的一个重大安全问题,分析了低轨航天器在电离层等离子体中的充电机制,并给出了等效物理电路模型。在此基础上分析了国际太空站的主动电位控制原理和方法,并针对航天器交汇对接中的电位控制问题给出了2种新的解决方案。最后,提出了航天器交汇对接中的电位监测方案,即由朗缪尔探针和表面电位探测器组成航天器电位监测包。     

新型航天器环境试验标准基线与剪裁研究

随着航天任务的多样化和复杂化,以深空探测着陆器、巡视器为代表的新型航天器的运行环境剖面复杂,与传统航天器面临的轨道环境存在很大差别,这也导致了深空探测器的任务成功率要远远低于一般航天器。在地面对新型航天器的功能、性能进行充分、有效的验证,筛除早期缺陷对航天器的地面试验提出了新的挑战。文中系统地整理了NASA《星座计划环境试验鉴定与验收要求》中新型航天器的试验方法,归纳了对于不同装配层级硬件的试验基线,并与通用航天器试验标准SMC-S-016《运载器上面级和航天器试验要求》开展了对标工作,对标准中的基线调整,新型试验手段和试验剪裁技术进行了归纳与分析,提出了对未来我国新型航天器试验方法的建议。     

基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法

航天器相对姿态求解是编队控制和保持的前提条件,针对远距离编队相对姿态求解问题,提出了一种基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态确定方案.考虑编队由3个航天器组成,每个航天器装备视觉传感器,可以测量到相对其余两个航天器的相对视线矢量,基于视觉传感器测量模型,推导了确定性姿态求解方法,并进行了数学仿真研究.仿真结果表明,多航天器编队相对姿态求解方法可以有效估计出航天器间的相对姿态,估计精度较高,能够满足航天器编队控制需求,解决了远距离编队情况下视觉传感器应用的局限性.      

航天器在轨空间环境研究

本文阐述了航天器安全可靠性的重要性,提出对航天器表面带电影响较大的空间环境主要是等离子体环境和磁层亚暴环境,并简要介绍了空间环境对航天器表面带电的影响,为航天器静电带电机理及防护研究打下了重要基础。     

空间等离子体环境中航天器的带电特性

通过简化航天器表面建立了一维粒子层模型,基于静电场理论的Poisson方程、等离子体理论的Boltzmann方程和电动力学的动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型.利用模型总结了航天器表面带电粒子运动速度、带电粒子密度、航天器表面电位随充电时间的变化规律,分析了空间等离子体环境参数对航天器表面充电电位的影响.研究结果可为航天器带电防护设计提供一定的理论依据.     

液压定位器在航天器吊装中的应用分析

吊装作业是航天器总装过程中重要的工况之一,液压定位器能够控制吊装精度。随着我国航天器尺寸、重量的不断增大,对吊装精度提出了更高的要求。在分析航天器吊装工艺的基础上,提出了航天器吊装对接中的碰撞力计算模型。通过动力学仿真软件ADAMS,分析了不同下落距离下航天器的对接碰撞过程,得到了航天器对接碰撞的冲击加速度变化曲线。以某航天器舱体吊装为例,仿真分析了在不同精度下舱体对接过程中碰撞产生的最大加速度。计算结果表明随着定位精度提高,航天器对接中产生的最大加速度线性下降,能够确保航天器吊装过程中的安全。     

在轨航天器空间几何遮挡算法

航天器空间几何遮挡算法是空间碎片风险评估的关键环节,遮挡算法的正确性对评估精度影响显著.针对空间碎片碰撞风险评估中航天器几何遮挡问题,基于计算机图形学Robefls算法和Z缓冲器算法,建立了一种算法简单、精度高、通用性强的几何遮挡处理方法及算法实现.针对航天器结构比较复杂的特点,提出了先对航天器实现舱段分解,在消除被遮挡面后,再进行合并的遮挡处理原则,并建立了航天器结构空间几何遮挡理论模型及算法流程.采用该算法对IADC规定的简单航天器标准工况进行了遮挡处理分析,得出了遮挡处理后不同方向下航天器的暴露面积.结果表明.不同方向下的航天器暴露面积是不同的,遮挡处理后IADC规定的简单航天器最小暴露面积仅为原来的38.91%.最大也只有原来的55.27%.可见,在不同运行姿态下,航天器暴露面积差别很大,改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.     

不同轨道航天器表面带电的模拟

针对航天器表面充放电效应带来的影响,基于粒子分室法(PIC),利用SPIS(spacecraft plasma interaction system)模拟了低地球轨道(LEO)和地球同步轨道(GEO)上航天器表面的带电情况,分析了航天器表面充电电位、充电时间、航天器周围等离子体电荷分布等规律.结果显示,由于GEO上等离子体温度高、浓度低,而LEO上等离子体温度低、浓度高,因此,GEO上航天器表面电位远大于LEO上航天器表面电位;航天器的尾迹效应对周围等离子体分布影响显著;由于传统估算公式没有考虑航天器表面电子聚集速度降低的问题,因此,SPIS模拟计算航天器表面电位达到稳定状态的充电时间要比估算值大.     

带挠性轴太阳帆板航天器姿态动力学研究

建立了带挠性轴太阳帆板航天器的物理模型 ,利用保守系统的 Lagrange方程 ,导出了带挠性轴太阳帆板航天器动力学方程 ,在小姿态角速率情况下 ,推出了航天器挠性轴扭转运动、航天器姿态运动的运动学方程 ,给出了数值结果 ,分析了太阳帆板转动惯量、挠性轴的扭转刚度对航天器姿态运动的影响。     

连续推力最优轨道规避

应用非线性规划方法研究了连续推力时间最优和燃料最优航天器规避问题。航天器空间飞行中,为了避免与其他航天器或空间碎片相撞,需采取措施实施规避策略。由于航天器最优规避问题是典型的具路径约束的轨迹优化问题,间接法即应用极大值原理难于处理。考虑航天器推进系统为固定比冲发动机,用改进的轨道根数描述航天器动态,在给定最大推力幅值和中间过渡轨道时,将规避问题划分为转移和返回两个阶段,然后应用非线性规划方法统一考虑时间最优和燃料最优航天器最优规避问题。数值仿真结果表明,最优规避任务能够完成;在时间最优或燃料最优规避情形时,航天器均以最大推力工作,且时间最优规避时消耗燃料最少。     

基于混沌经济分析的辽东山区满族经济发展策略

本文描述了混沌现象和混沌系统,通过三个模型的建立,分析了混沌现象和经济关系,阐述了混沌经济学建立的重要性以及混沌经济学的作用与应用方法,并应用混沌经济学理论分析了辽东山区满族经济状况,提出了基于混沌经济分析的辽东山区满族经济发展策略。     

空间碎片碰撞风险评估系统

为了评估航天器遭遇空间碎片碰撞风险,基于GUI技术自主开发了一套空间碎片碰撞风险评估系统(MODRAS).并以特定轨道航天器为应用实例进行了风险评估,得到了空间碎片通量分布、航天器暴露面积、航天器遭遇的碰撞数等数据.结果表明,航天器遭遇空间碎片碰撞的概率与其运行轨道高度、倾角以及碎片大小等参数有关;改变航天器飞行路线及运行姿态可有效减少空间碎片的碰撞风险.