航天测控站自动化运行技术研究

在轨航天器的日益增多对航天测控站的自动化运行能力提出了新的需求,分析了航天测控站在实施航天器管理任务时的自动化运行结构与流程,介绍了测站自动化运行的关键技术,包括设备可靠性的提高、任务流程驱动方案的优化、自动运行异常处理策略的完善、自动化运行辅助手段等,并讨论了多目标测控下自动化运行流程的特点,为测控站适应新时期繁重的测控任务、提高效率提供了一定的参考依据。     

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.     

空间滚动轴承预载能动可调技术研究

滚动轴承是航天器及其有效载荷转动部件的关键部件,其工作时需要加载一定的轴向预紧力。但空间复杂工况对轴承实际应用的选择提出了可调预载的要求。提出一种可在轨调节航天轴承预紧力的方法,可同时满足发射时高预紧力和在轨工作时低预紧力的要求,可有效提高轴承在轨工作寿命。     

航天动力学专辑·编者按

<正>近半个世纪以来,中国航天走出了一条独立自主的发展道路,先后完成东方红一号、载人航天工程和探月工程三大里程碑的跨越,牵引航天动力学专业取得了丰硕的研究成果. 2018年,中国航天完成了北斗三号基本系统部署,计划年底前向"一带一路"国家和地区提供基本导航服务,并将发射嫦娥四号月球探测器,实现人类首次在月球背面着陆与巡视,标志着我国航天技术水平又向前迈进了一大步.航天器和运载火箭作为体现航天技术发展的主要载体,其设计、研制、发射及在轨运行是一项庞大的系统工程,而航天动力学则贯穿于航天器和运载火箭的研制过程.航天动力学的建模、分析及试验等技术的发展直接影响着航天器与运载火箭的设计水平,甚至决定着航天任务的成败.     

载人飞船与神舟系列

载人飞船是保障航天员在外层空间生活、工作以执行航天任务并安全返回地面的一种大型航天器，又称宇宙飞船。它必须用火箭发射，在轨运行后经过制动，沿弹道式或半弹道式弹道穿过大气层，用降落伞和着陆缓冲系统实现软着陆。它运行时间有限，是仅能一次使用的返回型航天器。     

大型航天器动力学试验验证技术进展

航天器在发射过程要经受严酷的动力学环境,为保证航天器发射和在轨运行的可靠性,必须在地面开展相关的动力学环境试验验证.以我国空间站为代表的大型航天器与以往的卫星产品相比,尺寸和质量大幅增加,原有的试验方法及试验设备不能满足地面力学试验验证的需求,如何开展地面力学试验并保证其有效性等问题是亟需解决的关键技术.本文介绍了我国飞船、空间站等大型航天器动力学试验验证技术的发展成果,包括动力学试验方法、振动试验静载补偿技术,分析了分段试验技术的可行性,以及大型力学试验设备研制的可行性和技术难点等,并对未来大型航天器地面力学试验验证技术的发展进行展望.     

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.     

统计模式识别和自回归滑动平均模型在 设备剩余寿命预测中的应用

为了对设备预知性维护研究提供支持,采用统计模式识别（SPR）方法对设备进行性能评估,获取设备健康指标;再运用自回归滑动平均模型（ARMA）对设备剩余寿命进行预测,建立了基于设备健康状况的设备剩余寿命预测模型.对生产过程中刀具加工设备寿命预测进行分析和验证结果表明,该设备评估和预测方法是有效且实用的.     

北斗导航卫星氢原子钟性能分析评估

星载原子钟是导航卫星最重要的载荷之一,负责星上时间基准的产生和维持.我国北斗三号导航试验卫星首次配置了23 kg级被动型星载氢原子钟,验证了氢原子钟的空间环境适应性和在轨性能,实现在轨运行误差小于1 ns/d.在北斗三号全球导航卫星系统中,氢原子钟已作为主钟应用至GEO,IGSO和MEO三类导航卫星,对系统的运行发挥至关重要的作用.本文从氢原子钟的机理和性能评估方法出发,比较了铷钟、铯钟和氢钟三类原子钟的性能差异,根据地面和在轨测试数据,给出氢原子钟在轨运行性能评估结果;最后利用卫星遥测数据建模,对氢原子钟健康状况和寿命进行了初步分析.     

在轨建造中的关键力学问题

在轨建造是指在空间轨道或者地外天体上就地取材或者利用携带的材料、组件通过加工、组装形成航天器及其部组件的过程.由于无需经历发射段苛刻的力学环境,不受运载火箭整流罩空间的限制,因此,在轨建造能够有效降低航天器结构的重量,实现百米甚至千米级空间设施的建设.本文首先分析了在轨建造的技术优势和航天领域的工程需求.其次,分析了空间微重力、高真空和极端温度环境下加工过程中材料的受力和运动行为,以及对制件特性的影响;再次,分析了空间超大型结构在轨建造全过程的激励和扰动源、动力学分析与控制的力学问题;最后,梳理了面向在轨建造的空间大型结构设计的力学约束,给出多级空间桁架结构在轨建造的优化设计模型.