面向小行星柔性附着的目标导向姿态规划

为解决小行星柔性附着约束复杂、姿态机动控制难度大、机动路径规划求解困难的问题,提出一种目标导向小行星柔性附着姿态机动规划方法,通过构建节点平面耦合动力学模型,实现对柔性3节点探测器姿态描述和动力学约束的表征。设计局部优化扩展策略对快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)算法进行改进,以目标姿态的空间距离为优化函数,结合柔性体姿态动力学模型构建二次规划问题,增强沿姿态路径机动的目的性。并通过数字仿真进行验证,结果表明提出的方法与传统启发式规划方法相比计算消耗时间少,且对姿态机动路径长度进行了优化,可实现小行星探测器柔性附着过程中姿态机动的需求。

时变指向约束下姿态参数空间离散化路径规划方法

为满足深空探测器在复杂动态环境约束下的姿态机动任务需求,解决时变指向约束下姿态路径规划求解困难、路径优化性能差的问题,提出了一种基于修正罗德里格斯参数(MRP)和动态路径搜索的姿态参数空间离散化路径规划方法。通过MRP空间的笛卡尔网格划分和非奇异空间构建,实现航天器姿态的参数空间离散化和指向约束表征。考虑指向约束的时变动态特性,在三维动态空间中搜索初始到目标姿态的机动路径,并引入路径节点的时间特性,在约束冲突时对路径进行实时修正,设计非奇异空间时变约束路径搜索算法,生成执行路径节点序列。进一步,对生成的路径节点进行插值拟合,基于逆动力学方法计算角速度和控制力矩,完成姿态机动轨迹规划。仿真结果验证了该方法的有效性,可为深空探测器在时变指向约束下规划出姿态机动执行路径。

一种地外天体着陆凸轨迹曲率滑模制导方法

针对复杂地外天体表面安全着陆问题,提出了凸轨迹曲率滑模制导方法。该方法考虑着陆轨迹形状对着陆安全性的影响,将曲率约束引入到滑模面设计中,实现着陆器系统状态位于滑模面上时,轨迹形状为凸。首先,针对曲率约束进行等效转化和松弛,提出了曲率松弛项,并利用曲率松弛项设计了曲率滑模面,满足三维凸轨迹条件。其次,推导了曲率滑模反馈制导律,滑模状态可在有限时间内收敛到零,在该制导律作用下,着陆器将以凸轨迹状态完成精准软着陆。最后,通过蒙特卡洛仿真验证了所提算法的有效性和鲁棒性。

小天体柔性附着技术

针对探测器在小天体附着任务中面临的弱引力环境下易反弹和倾覆问题,论述了柔性附着方式,并探讨了柔性附着的关键技术。首先分析了小天体附着任务的特点和由此引发的主要技术问题;进而结合已实施的小天体附着任务,探讨了现有的“刚性+缓冲”方式与“接触即走”方式的特点及不足,并介绍新型的“柔性附着”方式。在此基础上,围绕柔性附着方式,对自主导航与制导控制等关键技术的研究进展与难点进行了总结和分析,并讨论了未来研究方向。

卫星星座碰撞规避快速轨迹优化方法

针对外部威胁物体对近地轨道巨型卫星星座带来的碰撞威胁问题,提出了一种碰撞快速规避方法.通过计算外部威胁物体距离星座轨道面的最小距离,判断碰撞发生风险,对碰撞进行快速预测.在此基础上,设计了一种碰撞规避快速轨迹优化方法.碰撞规避轨迹优化问题是一个非线性规划问题,以规避时间和燃耗为优化指标,考虑星座的在轨服务性能和卫星的机动能力,将飞行时域映射到给定区间,并引入中间变量,将规避轨迹约束松弛凸化为一系列凸约束,使用一阶泰勒展开式进行线性化,进而将碰撞规避轨迹优化问题转化为一个二阶锥规划问题,并采用凸优化算法求解.仿真结果表明,凸优化求解时间仅07s,能够提升规避轨迹优化问题的求解效率,缩短求解时间.

行星着陆轨迹优化技术研究进展

针对行星大气进入、动力下降过程动力学环境及约束条件等进行了分析,回顾了近年来行星着陆轨迹优化的研究现状。在此基础上,结合行星着陆轨迹优化技术在动力学特征、约束条件、不确定环境方面的特点,从非线性动力学的等价/近似变换技术、复杂约束条件下的最优轨迹快速求解技术、不确定条件下的能控/能达性分析技术三个方面,对行星着陆轨迹优化的关键技术进行了梳理。

火星大气进入段侧向预测校正制导律设计

火星大气进入段预测校正制导方法通常采用误差走廊来约束侧向运动,该方法只能满足侧向运动的末端约束,而无法实现对侧向运动过程约束的满足。将预测制导的方法引入侧向制导律设计中,该方法无需离线规划误差走廊,而是根据侧向运动中的相关约束,在线计算倾侧角反转时刻,从而同时满足侧向运动的末端约束与过程约束,并能够克服采用误差走廊可能导致的飞行器因频繁反转机动而使燃料过快消耗的问题。仿真结果表明:该侧向预测制导律不仅能满足开伞位置精度,同时也能实现对进入轨迹侧向运动的灵活规划。

火星精确着陆轨迹优化与制导技术研究进展

轨迹优化与制导技术是实现火星表面精确着陆的核心技术之一。文章对典型的火星着陆探测任务进行了分析,阐明了火星着陆轨迹优化与制导技术所面临的挑战。在此基础上,回顾了近年来火星着陆轨迹优化与制导技术的研究现状。最后,对未来火星着陆探测轨迹优化与制导技术的发展方向进行了展望。

火星着陆自主导航与制导控制研究进展及趋势

火星探测为人类了解宇宙演化规律、生命起源提供了宝贵平台。火星着陆过程一般包括进入、下降、着陆3个阶段,需要探测器在7min左右穿过火星大气层、打开降落伞与反推发动机,将下降速度迅速减至0。该过程历时短、速度快、机动程序复杂,常被称为"恐怖7min",是火星探测任务最为惊险的一环。采用先进的自主导航与制导控制技术是实现火星表面安全精确着陆的关键。本文结合对往火星探测任务,对着陆过程中导航与制导控制系统面临的主要技术难题进行分析,并分别对火星着陆进入点与着陆点的选取,自主导航、制导与控制技术的研究现状进行总结回顾。最后,面向未来火星探测任务需求,对自主着陆技术的发展趋势进行展望。

星座碰撞规避的迭代学习构型保持方法

针对低轨卫星星座运行中地球引力摄动的周期特性,基于迭代学习控制(ILC)方法,提出了星座碰撞规避的迭代学习构型保持方法。该方法由反馈控制和ILC两部分构成,分别抑制卫星运行过程中的非周期摄动和周期摄动对构型保持精度的影响,进而在地球非球形引力摄动未知条件下,通过相对构型的精确保持实现对星座卫星碰撞的有效规避。仿真结果表明,在地球J摄动影响下,与传统反馈控制相比,ILC方法以更小的控制输入实现了轨道保持精度的显著提升,进而在星座卫星轨道高度相近的情形下显著降低了碰撞风险,且控制器可在保证收敛性能的前提下,实现启动时间的灵活选择。