基于多软件的微小卫星多领域建模与仿真研究

微小卫星是由多个学科构成的复杂系统,各学科间存在着复杂的耦合关系,针对微小卫星多领域建模与仿真问题,提出了基于STK、ADAMS、ModelSim和Matlab/Simulink等商用软件接口的微小卫星多领域建模与仿真方案,给出了多学科建模与仿真平台体系结构,提出并解决了耦合建模、软件接口和协同仿真等多项关键技术.最后,建立由微小卫星中耦合关系较强的姿态控制、结构动力学、星载计算机和电源分系统构成的原型系统,针对微小卫星大角度姿态控制模式进行了仿真,仿真结果验证了本文所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性.     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第2部分）——约束动力学

建立了两个航天器对接系统的约束动力学方程，在论文第一部分所建立的运动学约束方程的基础上，提出运用D’Alembert正交补方法消除系统动力学方程中的未知接触约束力，解决了约束方程的维数是不确定变化条件的系统动力学方程的数值求解问题，而且还开发出周边式对接机构航天器的对接动力学分析与仿真通用软件。最后，通过算例验正了理论方法及软件的有效性。     

小卫星星上计算机系统可靠性研究

由于重量轻、体积小、功耗低、功能强的小卫星工作在无人干预的低温、高辐射的空间环境中 ,因此星上计算机系统必须满足集成度高、寿命长、可靠性高、抗辐射能力强的要求。针对立体测绘小卫星的特点 ,设计了满足上述要求的集集中控制与分布控制优点于一身的星上计算机系统 ,对其可靠性进行了分析 ,并对提高其可靠性应采取的关键技术进行了简要的论述。     

受约束在轨服务航天器近距离交会制导算法

提出了在轨服务航天器对于处于圆轨道目标航天器进行近距离逼近和分离算法。算法以C-W方程解析解为基础,是航天飞机与其它航天器交会接近阶段滑翔制导算法的改进形式。采用距离和速率成幂函数或分段线性函数关系,使算法能够实现任意指定转移时间的位置转移。为减少脉冲总数,又在考虑安全速度、制导精度等约束条件下获得了脉冲间最大滑翔时间。算法在逼近或接近目标时采用减速机制,在分离时采用加速机制,使航天器能够有效自主地完成空间中任意时间和方向的位置转移。仿真结果验证了算法是正确、可行的。     

小卫星飞轮低速摩擦补偿观测器及半实物仿真

反作用飞轮在低速过零时，摩擦力矩的突变严重影响小卫星姿态控制的精度和稳定度。文中研究了改善其低速摩擦特性的补偿观测器技术，并基于dSPACE仿真系统和实物飞轮，对该补偿观测器性能进行了半实物仿真验证。仿真结果表明，补偿观测器可有效改善姿态控制性能，克服低速摩擦对小卫星姿态控制精度和稳定度的影响。     

J2和大气阻力摄动下卫星编队队形控制

针对低轨运行的编队卫星在J2和大气阻力摄动作用下其编队队形会很快遭到破坏的情况,以平均轨道根数描述卫星编队中从星相对于主星的相对轨道构形,基于高斯摄动方程,给出了在这两种摄动作用下的、以平均轨道根数为被控制量的状态方程并设计了相应的非线性控制律控制卫星编队队形。最后,数值仿真结果验证了所给出控制律的有效性。     

J2摄动下编队构形保持脉冲控制方法

针对卫星编队轨道构形在J2摄动干扰作用下被破坏的问题，给出了两种构形保持脉冲控制策略。首先，分析J2摄动对编队卫星相对轨道要素的影响，即J2摄动使相对升交点赤经、近地点辐角和平近点角产生长期漂移。然后，结合高斯摄动方程，分别设计了切向加法向脉冲和径向加法向脉冲两种控制方法修正从星升交点赤经、近地点辐角和平近点角的偏差，从而实现卫星编队的构形保持。数值仿真结果表明，两种方法都能够有效地修正编队构形偏差，且采取切向加法向脉冲的构形修正方式更有利于节省燃料消耗。     

周边式对接机构航天器的对接动力学仿真（第1部分）—运动学约束方程

研究了两个带有周边式对接机构的航天器,在对接捕获的过程中,对接机构之间相互接触后,产生接触滑移时对接系统的运动学特性。根据对接机构的空间特点,引入矢量代数的概念,建立了对接机构之间接触滑移的运动约束方程,及其接触点在对接机构上的相对滑移速度方程。     

小卫星设计、分析与仿真验证一体化系统

针对小卫星采用一体化设计、模块化集成的方法,选择国际上先进的仿真技术,在单轴气浮转台和AC104实时仿真器硬件基础上,设计并建立了“小卫星设计、分析与仿真验证一体化系统”的数学仿真和半物理仿真两个平台,该系统在方案设计阶段用于对总体方案进行优化,仿真与评价;在研制阶段为部件和分系统提供系统的验证和验收手段,在测试和运用阶段用于系统的故障诊断、故障隔离和对策研究等。     

发展微小卫星 迎接21世纪挑战

微小卫星将是21世纪航天高技术竞争的热点，也蝇我国航天技术下一步发展的有利契机。本文阐述了微小卫星的发展现状，发展趋势和技术特点；阐明了我国发展微小卫星的必要性和紧迫性；论述了大学研制微小卫星的必然性和人才培养的优势；最后简要介绍了哈尔滨工业大学微小卫星的研制现状。