2小时快速交会对接远距离导引偏差分析

天舟五号货运飞船采用两脉冲制导策略实现了与空间站的2小时自主快速交会对接。针对天舟五号货运飞船制导策略,研究了远距离导引段偏差组成要素、误差模型和传播规律,分析了产生远距离导引终端偏差的主要影响因素。在此基础上利用Monte Carlo分析方法,计算得到偏差要素综合影响下的远距离导引终端偏差区间。结果表明,自主轨控等效开机时间、轨控期间平均姿态以及目标飞行器的定轨精度是产生远距离导引终端偏差的主要因素,通过对质量、质心、推力等特性进行标定和在轨参数修正,有效保证了天舟五号货运飞船2小时自主快速交会对接远距离导引终端精度。所提方法和结论可为后续载人登月、行星采样等交会对接任务提供参考。

月球轨道交会对接毫米波雷达系统设计与实现

针对中国嫦娥五号无人自主月球轨道交会对接任务特点,设计并实现了一种将单通道干涉仪与转动机构融合的角捕获与跟踪测量、双单程伪码测距与载波测速、TURBO编码扩频通信多功能集于一体的毫米波交会对接雷达体制,并对该新体制雷达系统的具体组成、工作过程、测量与通信方法、设计性能及验证进行了说明。新系统具有多元信息测量与双向通信一体化、宽视场、大距离动态、测量精度高、抗多径能力强以及小型轻量化、低功耗等特点。经地面及实际在轨应用验证,该毫米波雷达系统首次实现了月球轨道无人交会对接全程高精度测量与双向通信,性能稳定,测距动态范围可达0.2 m到397 km,精度可达±0.017 m,测角视场范围可达360°×130°,精度优于±0.07°。该系统可应用于嫦娥六号任务。

多指标集成学习的模拟手控交会对接人误识别

为了识别载人航天任务中手控交会对接人误行为,以《坎巴拉太空计划》为仿真模型构建实验环境,基于机器学习算法构建了一种人误行为分析与识别的方法。通过模拟采集手控交会对接任务过程中操作员的6项生理指标,对各项指标进行机器学习建模分析,筛选出更适用于识别的指标及其最适合的学习器,并将各学习器通过Stacking集成算法进行集成。模型的仿真结果表明,测试集预测精度达到96.36%,验证了上述方法的有效性,为手控交会对接中的人误行为识别分析提供有效的补充与参考。

天舟货运飞船人控遥操作交会对接设计与验证

人控遥操作交会对接(RVD)是无人航天器与空间站自动交会对接的备份手段,提高了交会对接的可靠性与安全性。面向天舟货运飞船与天宫空间站,运用系统工程方法设计并验证了航天员遥操作交会对接与分离撤离功能,主要创新点包括:针对遥操作系统时延大的问题,采取精简系统信息主回路传输环节等措施,将系统总时延控制在1 s以内;针对船站近距离安全性的内在需求,提出了以安全性为核心、以状态转移图为工具的应急飞行方案设计方法,构建了飞行方案体系;针对遥操作交会对接系统复杂、大系统接口多的特点,提出了基于功能验证需求与地面验证条件匹配矩阵的系统级综合试验设计方法,构建了地面验证体系;针对交会灯功率不足导致阴影区远距离不能识别目标的问题,提出了空间站舱外泛光灯主动发光为主、交会对接敏感器合作目标被动反光为辅的方案。天舟二号货运飞船与天和核心舱在神舟十三号乘组操控下,圆满完成了遥操作交会对接与分离撤离在轨试验。

基于雷达测距的飞行器交会对接误差补偿控制技术

为解决由视线倾角、视线偏角过大造成的飞行器对接存在误差的问题,实现飞行器交会轨迹的精准对接,提出基于雷达测距的飞行器交会对接误差补偿控制技术;建立空间参考坐标系,根据轨道根数计算结果,推导动力学状态方程,实现对飞行器交会对接过程中的动力学作用分析;按照雷达测距原理,计算飞行器的理论飞行时长及雷达装置作用距离,再联合相关参数指标,确定精度极限的取值范围,实现基于雷达测距的对接误差控制;在三坐标测量机结构模型中,定义飞行位姿拟合条件,再根据位姿误差求解结果,实现对误差参数的补偿修正处理,完成基于雷达测距的飞行器交会对接误差补偿控制方法的设计;对比实验结果表明,应用所提方法可以同时将视线倾角、视线偏角的取值控制在0~45.0°的范围之内,能够较好地解决飞行器错误对接的问题,符合精准对接飞行器交会轨迹的实际应用需求。

一种基于约束规则的航天器全相位交会对接程序规划方法

针对载人航天领域交会对接过程,设计了一种基于约束规则的程序规划方法,将飞行程序按照相关性划分为飞控事件,将事件约束与时间或圈次解耦,形成适用全相位交会对接的规划配置体系,通过一套配置实现各正常、应急分支程序的规划生成,相比传统基于时序的程序设计方法,提高配置的适应性,提高程序设计效率,为后续交会对接程序规划设计提供参考。

自主空间交会对接飞行演示与验证——美国“轨道快车”计划

在轨服务技术，包括在轨补给燃料、检修卫星、更换元部件和空间组装，这一空间技术无论在军用和民用方面都具有重大意义。自主交会对接是在轨服务技术中的一项非常关键的技术，本文介绍美国“轨道快车”计划中有关自主交会对接空间飞行演示和实验。其中包括飞行演示目的要求和实验内容，追踪星与目标星研制技术，自主交会对接敏感器和捕获对接方式。演示实验中许多技术和方法，值得人们参考与借鉴。

载人航天器交会对接灯故障目标检测模型

为了实现载人航天器综合测试期间交会对接灯故障的快速准确识别,提出了一种应用改进YOLO v8模型+注意力机制的交会对接灯故障目标检测模型。该模型在改进YOLO v8模型的基础上,在加强特征提取网络上引入注意力机制模块,对故障目标给予更多关注,提高了密集小目标识别精度。同时,在自制灯数据集上进行仿真试验。试验结果表明:文章提出的模型平均准确率提高为0.91,可以对灯的部分点失效故障目标进行快速、有效识别,为载人航天器综合测试期间交会对接灯智能巡检提供了一种新思路。

自主交会对接若干问题

自主交会对接是交会对接技术的发展趋势。本文首先介绍了国际上自主交会对接的研究概况 ,然后研究了假设目标航天器为刚体 ,运动在圆轨道或近圆轨道上 ,追踪航天器与目标航天器在近距离范围内实现自主交会对接的若干问题 ,即信息自主获取的测量技术 ,智能自主的控制技术和保证飞行状态及避免碰撞的人工智能技术。为实现自主交会对接 ,智能控制是非常重要的手段。

空间交会对接多自由度仿真器

本文首先研究和分析国外交会对接仿真经验，并且论述有关交会对接的目的与要求。其次提出一种新的多自由度交会对接仿真器方案。它比起现有同类型仿真器投资造价将要降低４～５倍。

交会对接光学成像敏感器的LD照明系统

以交会对接光学成像敏感器应用为背景,阐述主动式和被动式交会对接光学成像敏感器的区别、照明系统的不同方案,论述LD照明系统的组成和原理,以及LD器件和光纤的选择和特性,解决了交会对接光学成像敏感器大视场远距离均匀照明的难题,克服了空间适应性的困扰,且通过双波长工作模式增强了抗杂光能力.

航天器交会对接中测量靶标的两种设计方法

根据旋转、平移和缩放不变性、易于探测与高精度定位等原则设计出了两种用于航天器交会对接视觉测量的编码靶标。一种为圆形编码靶标,使用二进制相对编码的方法对靶标进行编码和解码。另一种为圆环形编码靶标,是一种具有坐标系的绝对编码,通过模版匹配实现解码。在不同条件下进行了实验,两种编码靶标都能被准确地识别。实验结果证明两种靶标具有很好的抗干扰性和稳定性,能够适应交会对接视觉测量的要求。

激光雷达合作目标设计及其在空间交会对接中的应用

激光雷达合作目标是激光交会对接雷达测量系统重要组成部分。针对激光交会对接雷达系统测量需求,首次采用远近场双合作目标设计方式,实现对激光信号原路返回,用于目标飞行器在远场时快速搜索捕获,近场时精确测量。对于远场合作目标采用了多维阵列构型,通过仿真分析,在有效视场90°×105°范围内最小有效反射面积不低于100 cm2,保证了对激光信号反射能力和目标捕获能力。所设计的激光雷达合作目标满足了激光交会对接雷达系统应用要求。

非合作目标自主交会对接的椭圆蔓叶线势函数制导

针对非合作式航天器自主交会对接任务的安全性要求,提出了一种基于椭圆蔓叶线的人工势函数制导方法。首先根据视线坐标系建立了相对动力学方程与状态方程。进而应用人工势函数制导方法解决了非合作目标航天器自主交会对接与静态障碍物躲避问题,并且把势函数方法与椭圆蔓叶线函数相结合,解决了追踪航天器在接近目标航天器时运行在安全走廊中的安全性要求。应用Lyapunov稳定性理论证明了在所提出的制导方法控制下系统的稳定性。最后,用精确的数学模型进行了计算机数值仿真,验证了所提出的制导控制方法的正确性和有效性。

基于碰撞概率的交会对接最优碰撞规避机动

发展了一种求解交会对接过程中最优碰撞规避机动的方法,可以在保证碰撞概率降低到安全值的前提下得到最优的避撞机动冲量。这种方法采用机动方向和机动大小分步求解的策略来计算机动冲量。机动方向通过求碰撞概率对于机动冲量的梯度得到,机动大小通过求解一个非线性方程得到。最后,采用这种方法针对交会对接中常用的径向冲量V-bar转移轨迹进行了碰撞规避机动计算,计算结果表明本文的方法能够满足交会对接碰撞分析的需求。

空间飞行器交会对接相对位置和姿态的在轨自检校光学成像测量算法

空间飞行器交会对接的最后逼近阶段,通常采用光学成像敏感器来测量跟踪飞行器和目标飞行器之间的相对位置和姿态。考虑到飞行器在轨运行期间,CCD相机受空间环境的影响,其内参数会发生变化的实际情况,提出了一种单CCD在轨自检校光学测量方案,其主要特点是飞行器在执行测量任务时,可同时进行相机内参数的自检校。首先根据严格的中心投影共线条件方程,推导出目标飞行器光学特征点坐标和对应的像点坐标与内参数及相对位置和姿态的严格解析关系;然后建立了内参数及相对位置和姿态的解析表达式;提出了目标航天器上光学特征点的布设要求。通过严格的理论分析和数值仿真,单CCD在轨自检校光学测量方案具有可靠性高、精度高、算法易实现、适应能力强等优点。

天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接技术和在轨验证

介绍天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接技术和在轨飞行结果.介绍21世纪以来交会对接发展的两个趋势:自主和快速;给出天舟二号货运飞船全相位自主快速交会对接方案,以及主要技术特点;给出天舟二号货运飞船5~8 h飞控实施方案和推迟一天发射的飞控实施方案,以及在轨执行效果.天舟二号货运飞船入轨自主快速交会对接是世界上首次进行的全自主快速交会对接任务,为我国空间站工程后续任务奠定了坚实的技术基础.

心理旋转能力与人控交会对接任务绩效的关联

目的探讨心理旋转能力是否会影响人控交会对接任务绩效。方法选取16名男性受试者参加心理旋转能力测验与模拟人控交会对接实验;对受试者心理旋转能力指标与模拟人控交会对接任务绩效指标进行相关分析。结果受试者三维(3D)心理旋转能力指标与人控交会对接任务绩效有显著的相关性(P<0.01),而二维(2D)心理旋转能力指标与人控交会对接任务绩效无显著相关性(P>0.05)。结论人的3D心理旋转能力可能在人控交会对接任务中发挥着重要作用。

航天器交会对接发射窗口分析

分析了交会对接任务中航天器受到的主要约束条件,将约束条件与发射时间相关联,建立了交会对接任务中发射时间求解的数学模型,设计了发射窗口的求解方法,得到了满足各项约束条件的交会对接发射窗口,并进一步对交会对接任务目标航天器初始轨道对发射窗口的影响进行了分析。

非合作交会对接的姿态和轨道耦合控制

航天器与非合作目标进行交会对接时,要求控制器能保证二者不发生碰撞.然而,针对航天器非合作交会对接中的避碰问题,还没有成熟的控制策略.本文以服务航天器体坐标系为参考坐标系建立航天器相对姿态轨道耦合运动模型,利用滑模控制设计了一种姿态轨道耦合控制器实现交会对接.通过利用人工势函数理论和基于蔓叶线的虚拟障碍物模型,控制器可以严格地保证服务航天器运行在安全区域内部,避免与目标航天器碰撞.通过李雅普诺夫理论可以证明系统在控制器的作用下是渐近稳定的.数值仿真进一步说明了所提出的控制器的有效性.