科学构建特色鲜明的航天教育体系--以西北工业大学航天学院为例

西北工业大学航天学院构建特色鲜明的航天教育体系,重在建立富有活力的航天教育人才培养模式;打造具有实力的特色学科;大力发扬载人航天精神,在实践中造就航天科技英才。

面向“总师型”人才培养的航天飞行器设计课程创新建设

航天飞行器设计是航空宇航科学与技术相关专业本科生的专业核心课程,以培养“总师型”后备人才基本能力和素养为教学目标。航天飞行器设计涉及要素多、概念多、学科耦合强,强调综合性、系统性和创造性。该文讨论航天飞行器设计课程的四个主要教学难点,结合西北工业大学办学目标,详尽地阐述课程创新建设思路。课程在知识体系、教学方法、教学资源方面持续改革,构建“国防战略牵引-航天思政引入-工程案例分析-虚拟仿真强化”的创新教学模式,论述课程创新建设具体实施过程。通过多维度评价与反馈,课程创新建设效果良好,有力支撑总体专业骨干和总师后备人选培养。

失效航天器接管控制技术发展综述

失效航天器接管控制对于实现航天器的在轨延寿、避免有效载荷的浪费、实现有限轨道资源的占位再生和维护太空安全意义重大。本文在系统分析各类失效航天器接管控制手段特征的基础上,按照接管控制过程中是否发生接触现象,将接管控制分为接触式和非接触式两类。随后介绍了各类接管控制手段的特点,归纳了航天器接管控制任务中涉及的关键技术,给出了未来航天器接管控制的智能化和自主化发展方向。本文有望为未来开展失效航天器接管控制任务提供技术参考和依据。

欠驱动航天器模糊自适应增强耦合姿态控制

在快速轨道机动期间,针对固体推进作用下推力偏心、安装误差等因素带来的姿态强干扰问题,提出了一种基于推力矢量控制技术的航天器姿态欠驱动智能控制方法。首先,建立了航天器姿态误差动力学模型,并分析推力矢量控制输入的欠驱动特性。然后,考虑强干扰不确定性和滚转通道耦合弱的问题,设计了基于增强耦合策略与自适应模糊观测器的欠驱动智能控制律,结合模糊逻辑函数逼近强干扰不确定项并引入控制律中,实现航天器的姿态欠驱动智能控制,通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。最后,通过与分层滑模控制方法进行对比仿真,验证了所设计的方法能够使得三轴姿态稳定时间缩短14%,滚转通道耦合弱产生的静差被有效消除,为快速轨道机动期间的强干扰抑制技术提供基础。

具有输入时延的多航天器分布式跟踪控制

针对具有不确定输入时延的多航天器姿态跟踪控制问题,利用Takagi-Sugeno(T-S)模糊方法将非线性多航天器跟踪误差动力学模型进行模糊线性化处理,从而构建出简化的航天器跟踪误差动力学线性模型。在此基础上,设计了一种分布式多航天器鲁棒跟踪控制协议,实现多航天器在不确定输入时延和扰动环境下的姿态跟踪控制。最后以多航天器姿态跟踪控制系统模型进行了数值仿真验证,结果表明,利用所设计的分布式跟踪控制器,可实现在不同输入时延下的多航天器姿态跟踪控制,并且可以满足系统的H∞性能指标。

基于自适应增强随机搜索的航天器追逃博弈策略研究

针对航天器与非合作目标追逃博弈的生存型微分对策拦截问题,基于强化学习研究了追逃博弈策略,提出了自适应增强随机搜索(adaptive-augmented random search,A-ARS)算法。针对序贯决策的稀疏奖励难题,设计了基于策略参数空间扰动的探索方法,加快策略收敛速度;针对可能过早陷入局部最优问题设计了新颖度函数并引导策略更新,可提升数据利用效率;通过数值仿真验证并与增强随机搜索(augmented random search,ARS)、近端策略优化算法(proximal policy optimization,PPO)以及深度确定性策略梯度下降算法(deep deterministic policy gradient,DDPG)进行对比,验证了此方法的有效性和先进性。

航天器控制实验课程思政探索与实践

航天器控制实验课是航天专业高素质人才培养课程建设的关键环节和思政教育的重要切入点。分析了航天人才培养深层次课程思政理念与实验课程思政建设途径,提出了开放共享的思政案例资源库建设构架与思路,探索了利用科研资源支撑优势、浸润体验教学、线上线下虚实结合的思政教学改进方法,并通过量化考核与评价机制、落实教师能力提升措施保障课程思政教育质量的提升,可以为其他航天专业实验课程思政建设提供借鉴。

“航天器控制原理”课程教学创新思考

“航天器控制原理”是航天控制专业本科生的基础核心课程。通过对“课程资源”“教学方法”“课程思政”三个方面的教学创新方法研究与实践,提升了学生思维思辨能力与认知层次,达到“以课程为载体,实现对‘人’本身思维、品质、能力的教育和提升”育人理念,完成了本课程“听得懂,能理解,会应用,能创新”的教学目标。并在多届学生中完成创新教学方法试点,取得了好的教学效果。

基于创新能力培养的航空航天大类本科毕业设计制度研究

本科毕业设计环节以培养既有实践能力又有创新意识和创新能力人才为根本目标。在系统梳理现有毕业设计方案的基础上,提出了现有模式成效不显著的问题。重点阐述了创新实践基地培养模式、研究生指导本科生的“传帮带”培养模式、基于“双导师制”的联合培养模式、基于新型教学资源和技术手段的多元化指导模式的优势,也指出了其在创新能力培养方面的不足。基于不足提出了建立更科学的培养制度建设方向,主要包括创新实践课程体系构建,毕业设计选题的标准化与过程管理的规范化,探索审核与评价标准改革等方面。

航空航天大类本科毕设培养方案及过程管理革新

面对航空航天大类本科招生制度特点及特色班本研衔接培养新需求,文章在系统梳理已有工科毕业设计管理制度和培养方案的基础上,分析了现有培养模式的优势与不足,总结了建立更科学合理的本科生实践环节培养制度,最终提出了航空航天大类本科毕设培养方案框架及过程管理策略。主要包括兼顾统一性和个性化的航空航天创新实践课程体系构建。毕业设计选题的标准化与实践环节过程管理的规范化,倡导设立优秀本科毕设基金,探索审核与评价标准改革等方面。重点考查毕业论文的创新能力和长期影响力,鼓励并引导本科生发表高水平学术论文,培养其团队协作意识和学术论文写作能力,最终提高毕业论文的质量。

基于大学立方星的航天创新创业人才培养与实践

针对高校大学生创新创业与专业契合度低、多学科协同与创新创业教学实践结合度低等教学问题,团队提出以大学立方星为载体,结合航天专业特色,从培养理念、培育环境和培养手段三个层面,实践和培养高校大学生创新创业人才。通过创新创业与专业学科结合,形成大学生创新性和实践性的创新创业人才培养理念;将一流科研平台和优质科研团队转化为高水平专业实践平台和跨学科教学指导团队,创建开放的高层次创新创业人才培育环境;通过专业选修课和大学慕课互为补充传授专业知识,以大学生卫星等飞行器等研制实践为手段,全面提升大学生的创新创业能力。

河南省装备制造业新型工业化赋能对策研究

【目的】厘清河南省装备制造业面临的主要问题,解析高端化智能化绿色化变革中的赋能机制,目的是推进河南省装备制造业新型工业化赋能绩效。【方法】主要从静态与动态、横向与纵向的维度,探析装备制造行业系统嵌入、多元融合的优化结构,分析新型工业化赋能的完备性、实效性。【结果】捋顺新型工业化赋能机制,构建装备行业相互渗透的赋能结构体系,是提升装备制造业实现新型工业化的关键。【结论】推进数字化赋能技术创新与核心企业的信息化转型,制定关联企业的整体绿色化产品追溯及评价标准,搭建政府、企业和第三方一体化的服务平台,是河南省快速实现新型工业化的有效路径。

激光选区熔化成形技术在航空航天发动机制造领域的研究与应用现状

本文重点介绍了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金、镍基高温合金、铜合金等材料体系的研究进展,以及SLM装备与工艺新技术;同时综述了国内外SLM技术在航空航天发动机领域的典型应用;最后在分析现有相关研究和应用的基础上,讨论了SLM技术面临的挑战和未来重点研究方向。

失效航天器非接触式消旋技术发展综述

对失效航天器非接触式消旋领域内的研究成果进行了综述,梳理了非接触式消旋的特点,并聚焦于系统动力学模型、消旋方法和关键技术等方面。首次将非接触式消旋方法按照其作用机理分为电磁式消旋和冲击式消旋两类,并分别总结了其技术特点和适用的任务场景。而后针对消旋任务的实践需求,系统阐释了非接触消旋中制导与控制、高性能星载计算等关键技术。最后,面向复杂空间任务和智能化消旋操控的需求,提出了非接触式消技术中4个值得研究的问题和方向。有望为未来失效航天器在轨维护和非接触式消旋技术的发展提供借鉴和参考。

升力式航天器太阳同步冻结回归轨道保持策略

针对超低轨道升力式航天器对地观察的优势及其高机动特性,设计了一种近地点位于临近空间的太阳同步冻结回归轨道,并对气动力辅助与发动机推力相结合的轨道保持策略进行了研究。策略将轨道保持过程分为3个阶段:第1阶段自远地点飞向大气层,不施加控制;第2阶段在大气层内飞行,通过控制攻角和倾侧角调整航天器所受气动力,小幅改变轨道的升交点赤经;第3阶段自跃出大气层到远地点,利用轨控发动机调整轨道参数,回到远地点时除升交点赤经其他轨道参数不变。以燃料最省为性能指标,对轨道保持策略进行了仿真分析,结果表明可以实现14.7天太阳同步冻结回归轨道的在轨运行。

项目为主的SRTP模式在航空航天大类人才培养中的探索与实践

针对航空航天大类人才培养面临学科综合性、交叉性强,对学生实践能力要求高的问题,以提升项目为主的“大学生科研训练计划”(Students Research Training Program,SRTP)模式的培养成效为目标,通过建立“四阶段”“一提升”的分阶段渐进式科研能力培养机制,构建教师和本科生科研实践共同体,探索一种可持续的科研实践引领航空航天大类人才全过程培养模式。面向航空航天大类本科生,以飞行器隐身技术科研项目为培养范例,开展具有科技前沿、跨专业知识交叉融合特点的SRTP实践。实践表明,基于分阶段渐进式科研能力培养机制,开展以项目为主的SRTP,有助于实现本科生科研“软、硬”技能的提升,培养本科生创新实践和交叉应用能力,为其终身学习和发展奠定更为坚实的科学基础。

基于变分迭代的航天器相对姿轨耦合动力学解算方法

针对航天器相对姿轨耦合一体化运动,在定义坐标系下利用对偶四元数和旋量表示航天器的一般运动,推导出航天器六自由度运动学和动力学模型,并分别采用Runge-Kutta四阶算法和变分迭代法的配点形式求解该非线性模型。变分迭代法的配点形式是变分迭代法与配点法的复合,先给出变分迭代法的迭代方程,再把迭代方程应用到局部时间区间上探讨了局部变分迭代法,然后把变分迭代法与配点法结合得到数值迭代方程。利用对偶四元数所建立的模型相对于其他模型较为简洁,便于分析姿轨耦合特性。仿真结果表明,相比Runge-Kutta四阶算法,变分迭代法的解算精度更高。

失效航天器等离子羽流消旋建模与最优制导研究

为克服等离子羽流无序性强、动力学模型复杂的问题,使用神经网络建立消旋力矩快速计算模型,实现高效、高精度的消旋动力学解算.针对传统制导律难以处理复杂翻滚目标的弊端,提出章动抑制原则,并建立自旋章动耦合目标的最优羽流指向制导律.仿真结果表明基于神经网络的高效计算模型可在同等精度下大幅度减少力矩计算时间,最优制导律可实现复杂章动目标的快速稳定.本研究从在轨计算与任务执行策略两方面显著提升了消旋效率,为利用等离子羽流的在轨操控任务奠定了理论基础.

网络化航天器弹性姿态跟踪控制

针对网络化航天器姿态弹性跟踪控制问题,借鉴主动抗干扰控制思想,设计攻击检测机制对控制器端到执行器端网络攻击进行监测,利用网络通道传输信息设计两个自适应观测器,在抑制内部噪声的同时对外界扰动及恶意攻击信号进行实时估计.采用多前馈与反馈相结合的方式设计复合抗干扰及抗攻击控制器,抵消扰动及攻击对系统性能的影响,提升网络化航天器系统的安全性及稳定性.

基于MBSE的地空导弹总体方案设计

为了适应未来大型复杂系统设计与功能分析需求,在导弹设计中引入基于模型的系统工程(MBSE)思想,提出了基于MBSE的地空导弹总体设计流程。首先,明确地空导弹利益相关者的需求,定义导弹任务场景;基于设计需求开展功能分析,利用导弹任务场景进行功能分解,完成需求到功能的转化;根据导弹的系统功能映射出导弹架构组成,开展地空导弹系统的逻辑架构设计和物理架构设计,最终得到导弹总体设计方案,并针对导弹方案进行验证及优化,初步实现了地空导弹的总体设计过程。