“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。     

定期保障模式下舰船编队携行备件配置优化

舰船编队海上任务期间,需要制定合理的携行备件方案以提高装备的战备完好性.针对海上定期保障模式下,将多层级复杂装备结构等效为单层级,提出一种备件需求分析与配置优化的近似方法,根据系统可靠性理论,建立了多阶段任务下的装备可用度评估模型,采用基于补给周期的分段求解方法.通过算例,采用边际优化算法得到携行备件优化方案,对模型结果进行了仿真验证,结果表明:模型计算结果与仿真结果吻合,两种取整方式下的方案费效比相当,采用定期保障模式能够提高备件供应效率,进一步增强备件方案的鲁棒性.     

中低轨道航天器表面充电中地磁场的影响及其数值模拟

本文研究地磁场对中低轨道航天器表面充电现象的影响．根据航天飞行器带电机制,选用粒子模型,在粒子轨道跟踪的基础上,建立了时间依赖的粒子推进的计算模型,计算了飞行器表面充电的平衡电位,计算结果与观测吻合．     

导弹编队飞行控制方法研究

为实现多导弹协同作战时的编队飞行,基于滑模变结构、自适应及非线性动态逆控制理论研究了导弹编队飞行控制方法. 在领弹的速度、加速度以及从弹的速度未知的前提下,将领弹与从弹的相对速度以及领弹的加速度视为可估计的有界不确定量,基于滑模变结构控制理论提出一种仅需弹间相对位置和相对速度信息的鲁棒编队控制律. 采用边界层法消除了系统的抖颤现象,并根据编队稳态误差的要求分析了边界层厚度的设置方法. 运用奇异摄动理论将导弹非线性动力学系统划分为3个快慢变化不同的子系统,考虑系统所受的外部干扰并将其视作有界不确定量引入慢变子系统中,基于自适应变结构控制和非线性动态逆控制理论,设计了具有鲁棒性的导弹编队自动驾驶仪. 仿真结果表明,导弹编队自动驾驶仪能够准确跟踪编队控制指令,实现多导弹的编队飞行.      

系统误差下基于双重模糊拓扑的编队航迹精细关联算法

为解决系统误差下编队内各目标航迹精细关联的难题,基于编队目标航迹的特点,利用模糊拓扑的思想,提出了一种系统误差下基于双重模糊拓扑的编队航迹精细关联算法.算法首先基于循环阈值模型对各传感器获得的航迹进行编队识别,然后利用编队中心航迹代替编队整体,深入分析系统误差对编队中心航迹的影响,建立第一重模糊拓扑模型,完成编队航迹的预互联和普通目标航迹的对准关联,最后基于预关联编队内目标航迹之间或与航迹关联对之间的拓扑关系建立第二重模糊拓扑模型,实现编队内目标航迹的精细关联.经仿真数据验证,与基于目标不变信息量的模糊航迹对准关联算法、基于航迹迭代的航迹对准关联算法和修正的加权法相比,该算法综合性能明显优越,能很好满足工程上对系统误差下编队内目标航迹精细关联的需求.      

考虑燃烧过程的航天器用液体火箭发动机动态特性分析

研究了考虑惯性等因素的集液腔充填过程以及考虑喷雾燃烧的发动机动态特性数学模型的建立,结合发动机的喷雾燃烧过程以及燃烧室的集中参数模型,分析了航天器用双组元(一甲基肼/四氧化二氮)液体火箭发动机推力室的脉冲工作特性、启动特性以及关机特性。     

热电集成薄膜蒸馏式废水处理系统性能分析

为了给载人航天器生命保障系统的设计提供依据,对处理载人航天器废水的热电集成薄膜蒸发系统作了热分析并用数值方法进行了验证。分析中将补充废水带入的热量忽略,从而使整个分析过程得到了简化,并得出半导体制冷元件的制冷系数ε是决定系统热性能的关键参数这一重要结论,ε越大,系统热性能越好,而ε增大造成的洁净水产率降低可以由制冷元件数目增加得以弥补;ε主要决定于废水侧换热温差,因此提高废水侧换热能力是提高系统性能的关键。     

近地轨道小卫星编队飞行的电磁控制研究

电磁编队飞行(EMFF)有广泛的应用前景,使得编队寿命不再受推进剂携带量的限制,避免了推进剂造成的光学干扰和设备污染。首先基于Hill方程,建立了双星绕飞电磁编队的相对运动模型。其次,利用电磁作用的远场磁偶极子模型设计了电磁编队的反馈控制律,求解了编队维持所需的控制力。最后利用Simulink搭建了仿真系统,分析了闭环控制系统的收敛性和电磁控制力大小。仿真结果表明电磁力控制卫星编队飞行是可行的,所设计的控制方法是有效的。     

多模块航天器转移轨道优化设计

轨道动力学是适用于全局优化的众多应用领域之一。着眼于分布式航天器转移轨道优化,提出了所有航天器模块连续地从停泊轨道转移到目标轨道,并同时保持相对位置的方案。最优控制问题已经确定。性能指标的选取标准是在有限的燃料下将总体轨道转移时间降到最低。总体轨道转移时间是包括消除航天器之间在停泊轨道上的相位差耗费时间和所有模块长距离轨道转移时间之和。当选取位置和速度作为状态时,最优问题就是一个非常复杂的最优控制问题。然而,通过给出合适的常值状态参量,上述问题就会转变成静态参数最优问题。最终采用基于Matlab优化工具拟牛顿方法的最优化算法解决了这个参数最优化问题。当初始估计良好的情况下该最优化算法能够迅速收敛。另一方面,轨道动力学推力假设能够获得最初估计值。仿真结果证明了多模块航天器的轨道设计策略是实用的,同时证明该最优化算法是有效的。     

无人机遂行编队飞行中的纯方位无源定位

针对无人机集群在遂行编队飞行过程中如何保持编队队形的问题,采用纯方位无源定位算法构建定位模型,探讨如何依据队形特点自适应调节,并将该方案推广到其他队形场景.以较规则和简易的圆形无人机编队场景为切入点,在已知部分无人机位置信息和编号的前提下,建立基于纯方位无源定位模型.在实际场景中,大部分无人机的位置会因为设备或其他原因导致偏差,因此需要探讨自适应调整方案.最后,将圆形无人机编队场景的相关方案推广到锥形无人机编队场景.