空间对接机构结构锁的优化设计

结构锁是实现两航天器空间对接的机电装置．本文在分析结构锁的５种机构方案优缺点基础上，通过优化比较选择了结构简单、自锁可靠的偏心轮加凸轮机构；然后对其在摆正阶段和拉紧阶段进行参数优化，其中在拉紧阶段又分别以负载最大扭矩最小、消耗最大功率最小和动作时间最短３个目标对偏心轮方案的结构锁参数进行了优化设计．结果证明：经过优化的方案消耗能量最少．

一种空间机器人用复杂末端执行装置的可靠性验证方法

对空间机器人用末端执行装置的功能展开分析,确定表征产品功能的可靠性特征参数和分布类型,提出一种可靠性试验验证方法。结合空间站机械臂末端执行器给出具体应用验证,包括产品分析、可靠性模型的建立、特征量和分布类型的确定、样本量的选取和故障判据等内容,为其他复杂空间产品的可靠性验证提供思路。该验证方法基于计量型可靠性试验的基本思路,通过极小的样本量完成产品的可靠性验证,大幅缩减研制经费,降低科研成本。

面向空间机械臂任务验证的硬件在环半物理仿真系统研究

针对空间机械臂在轨任务进行高保真地面仿真和验证的需求,搭建了空间机械臂操作任务验证平台(MTVF)系统。该系统基于硬件在环技术,将空间机械臂动力学仿真模型、两台地面模拟机械臂和测量系统通过实时仿真计算机实现软硬件的整合,具有响应速度快、跟踪精度高的特点。开发了闭环稳定算法和阻抗控制算法以保证MTVF系统的高保真性能,并通过搭建仿真计算模型以及设计地面试验等方法对MTVF系统的性能进行验证,结果表明,该系统能够反映真实微重力环境下空间机械臂的动力学特性,能够实现对真实微重力环境下的空间机械臂在轨操作任务进行高保真的地面试验和验证。

我国空间遥控技术发展的若干课题

从我国空间遥控发展的需求出发，提出了当前应组织力量进行研究的一些课题。主要是：遥控设备的三化、研制遥控专用集成电路、遥控数据安全和分包遥控等。

含柔性连杆的曲柄滑块机构动力学分析与实验研究

为了研究柔性连杆、带有固体润滑涂层MoS_2的铰链接触副对含间隙铰链机构的动力学特性的影响规律,以曲柄滑块机构为研究对象,使用Adams软件进行数值仿真分析,研究了柔性连杆材料、铰链间隙、铰链接触副材料和铰链接触副表面固体润滑涂层对曲柄滑块机构动力学特性的影响。通过搭建与数值仿真参数一致的含间隙铰链的曲柄滑块试验台,试验验证了柔性大的连杆、较小的间隙值、接触刚度较小的接触副材料能够减小机构的振动,带有涂层的铰链能够有效减小接触面的磨损量。试验结果和数值仿真结果较为一致,能够有效的反应各种工况对含间隙机构的影响规律,为固体润滑涂层在航天领域中含间隙铰链接触副展开机构的减振抗冲击研究提供理论基础和试验依据。

空间微生物防护材料研究进展

载人空间站为航天员长期驻留创造了良好环境,同样也为微生物的滋生提供了有利条件。致病微生物会导致航天员生病,真菌和霉菌会腐蚀和降解空间站的各种材料,导致空间站设备故障,出现平台失效和密封性下降等风险。本文对空间站微生物腐蚀现状进行分析,并介绍了目前空间站常用材料的微生物防护现状。从金属粒子、纳米半导体金属氧化物、有机聚合物、疏水涂层以及复合抗菌材料五个方向详细阐述了国内外有关空间微生物防护材料的研究进展。同时结合空间航天器运行特点,对未来空间微生物防护材料的研究方向进行分析及展望。

随机相位误差对空间功率合成效率的影响

采用数理统计方法分析了任意分布的随机相位误差对多台不等功率辐射源组成的天线阵空间功率合成效率的影响,得到了由多台不等幅馈电的阵元组成的天线阵空间功率合成效率期望值的解析表达式。通过该解析式可利用快速傅里叶变换(FFT)快速分析任意数目阵元组成的天线阵在目标点的期望合成效率,为空间功率合成系统的总体合成效率预估并合理分解各分系统随机相位抖动指标提供了一种高效的解析分析方法。作为算例,用得到的解析公式分析相位误差分布呈均匀分布、正态分布和三角形分布三种典型情况对合成效率的影响。

中国微重力科学研究回顾与展望

微重力科学主要研究微重力环境中物质运动的规律,以及不同重力环境中重力对物质运动的影响.中国微重力科学研究起步于20世纪60年代,兴起于80年代中后期,经过多年发展,目前已初具规模,在一些重要方向具有明显特色和一定优势.本文回顾了中国微重力科学研究的早期历程,评述了近年来中国微重力科学研究进展,特别是利用实践十号科学实验卫星、天宫二号空间实验室等空间平台开展的微重力科学与技术应用研究取得的最新成果,并对中国载人空间站时代微重力科学发展的前景予以瞻望,推动微重力科学与应用研究在中国的快速、可持续发展.

给定手部作业轨迹的仿人机器人推操作研究

以推车作业为例对"汇童"仿人机器人动态行走中的推操作进行了研究,分析了手部位置与腰部位移的关系,对作业运动中手部轨迹的补偿进行了研究.另外,作业中机器人与车之间存在相互作用,根据作业的期望作用力,开展了基于ZMP稳定性判据的作业运动稳定性控制研究.仿真和实验验证了该方法的有效性,它能满足推车作业手臂操作性和运动稳定性要求.

面向航天器有线无线混合场景的流调度机制研究

随着各国深空探测任务的开展,空间站的建设需求日益增加,而航天器内部大量的数据通信总线在一定程度上影响了航天器的有效载荷。因此,该文将无线通信方式引入到航天器通信系统设计中,但传统无线通信难以保障时敏数据的端到端传输时延,该文提出了一种有线无线融合的时间敏感网络(TSN)流调度方案。设计了一种上下行时隙分离的TDMA时隙分配机制,通过对航天器内部业务类型与有线无线融合传输链路的时延关系进行建模分析,构建了以时敏业务平均端到端时延最小的目标函数,采用粒子群算法对时隙分配方案进行快速求解。最后在Pycharm平台对所提算法进行对比测试,并在EXata网络仿真平台搭建航天传感器采集网络进行验证。实验结果表明,该文所提出的有线无线融合流调度方案能为时敏业务提供稳定、有界的时延保障。

多次行星借力的小推力飞行控制策略研究

针对小推力深空探测器采用多次行星借力的飞行控制策略优化问题,文章提出了一种将推进段作为整体与滑行段进行打靶拼接的方法,最大限度地减少了优化设计时的待优化参数个数.首先,文章给出了小推力飞行轨道的间接优化设计模型和基于B平面理论的行星借力模型.随后,建立了给定开关机时序条件下的小推力借力飞行控制策略优化模型;最后,采用遗传算法和序列二次规划算法循环对该模型进行优化求解,并以地球–金星–地球–木星小推力飞行轨道控制策略优化设计为例进行仿真分析,仿真结果验证了优化模型的正确性和有效性,表明本文的研究方法可对小推力多次行星借力飞行的控制策略进行优化设计.

数字预失真下的辐射源个体识别技术

随着通信雷达技术的发展,针对辐射源发射机的非线性作用出现了预失真等新型技术,该类技术弱化了不同辐射源的个体特征进而恶化了辐射源个体识别性能.针对预失真下个体辐射源识别率降低的问题,本文提出了基于SincNet滤波器结构的辐射源个体识别模型.本文采用Grad-CAM方法分析残差网络类激活区域,并提取共生矩阵特征用于辐射源识别,验证了预失真后信号局部特征的有效性.随后本文提出了基于SincNet滤波器结构的辐射源个体识别算法,在降低了计算量的同时,在低信噪比下具有更高的识别精度.本文通过实验验证了数字预失真对辐射源个体识别的消极作用,并且在实测数据上的结果表明所提方法的个体识别率在信噪比0 dB下达到94%,相比本文其他先进个体识别算法有明显的提升.

火星车通过性评估技术现状与展望

火星表面地形地貌复杂,且覆盖有松软的火星土壤,这使得火星车在巡视探测时面临大沉陷、高滑转,甚至不能通过的风险。因此,火星车通过性分析和路径规划对巡视探测至关重要。本文调研了美国索杰纳号、勇气号、机遇号、好奇号、毅力号和我国祝融号火星车的通过性评估策略与方法,并分析基于多信息融合、深度学习和数据驱动的通过性评估研究新进展。最后,对未来火星车通过性判断发展方向进行了展望。

高折展比载人月球应急返回车设计与分析

月球探测用应急返回车的相关技术研究是我国未来载人登月探测的重要任务。根据应急生保和月面短距离移动需求,本文从安全舒适性、操作可靠性和工作空间出发,设计了一种立方体载人月球应急返回车,对车身构型、折展模式、驱动方式、底盘结构、悬挂转向和车轮等多个模块进行了设计优化,并进行了试制和试验。结果表明,整车能够实现自动折展,具有较高的展/折比(大于17),满足行驶、转向、越障、爬坡等移动需求。

紧急状况下卫星网络传输任务在轨实时规划技术

针对在紧急状况下卫星网络任务传输的需求,提出一种卫星网络传输在轨实时规划技术。通过对组网卫星当前链路通路参数的实时计算,规划当前紧急信息能够最快传输的路径。首先,对卫星网络进行模型建立,将星间链路的连接看作时变连接矩阵的拓扑模型;然后,通过各节点的参数规划最小信息传输延迟下的数据通路;最后,紧急信息任务根据当前节点规划结果选择下一个节点的最佳传输路径,从而使得传输延迟最短。采用在轨各节点实时动态规划的方式,消除地面对卫星网络状态交互的延迟及误判,减少对正常通信业务的影响。基于设计模型进行了硬件电路的实现及实验,传输平均延迟均在秒级,能够实时完成紧急信息传输的自主任务规划。

部分重力驱动的两相流体自然循环回路传热性能的数值仿真

针对部分重力辅助两相流体自然循环系统构建了数值仿真模型,对不同运控条件下的月面部分重力场(g/6)和地面常重力场(1g)的嫦娥三号月球车两相流体自然循环系统稳态性能进行了数值仿真研究。数值仿真结果表明,地面重力场模拟系统能够真实反映月面重力场应用系统的性能;对于月面部分重力场中的两相流体自然循环系统,随着系统压力的增加,绝大多数工况下系统阻力减小,但在环境温度较高时,系统特性参数对系统阻力存在双值现象,可能存在系统不稳定现象,引起系统波动,甚至传热恶化。

深冷环路热管瞬态数值仿真研究

针对深冷环路热管运行性能预测需求,基于组件内部工质分布、热力状态变化及流动传热特性,构建了具有辅回路的深冷环路热管瞬态数值模型,仿真分析了深冷环路热管在固定辅热载荷作用下的传热特性变化规律,对比实验结果验证了模型的可行性,得到了深冷环路热管稳态工作性能曲线和系统内部工质分布状态、热力学状态变化路径及系统压降等,指出文献关于液相回路必须具备足够过冷度的第三使役条件应正确表述为液相回路不能过热,即气、液两相共存的饱和状态同样满足第三使役条件的要求,并且更有利于系统的稳定运行。

航天数据固态记录器设计问题(上)

航天工程数据存储技术正在从传统的磁带记录向固态记录转变。星上固态记录器的设计面临着一些新课题。在我国，固态记录技术的发展还处在起步阶段。为了促进我国航天工程数据存储技术的发展，本文试图全方位地探讨航天工程数据固态记录器的设计问题。全文共分为三部分。第一部分论述航天工程数据存储技术的发展趋势，讨论固态记录器目前常用的和富有发展潜力的半导体存储器。第二部分讨论空间辐射环境、单粒子效应及其预测方法。第三部分介绍辐照加固、容错设计、封装工艺。

空间站核心舱机械臂关键技术

空间站核心舱机械臂是中国首个自主研制的面向宇航工程应用的大型空间机器人系统,在空间站系统中承担大型舱段转位与辅助对接、支持航天员出舱活动、舱外状态巡检及舱外设备安装及维修等重要任务,它涉及机、电、热、光、控等多学科技术,集成度高,实现难度大.文章介绍了具有“中国特色”的空间站核心舱机械臂系统方案,重点阐述了核心舱机械臂工程研制过程中突破的关键技术以及核心舱机械臂在轨测试验证情况,并对空间站机械臂与空间机器人的后续发展与未来应用提出了建议与展望.

复杂地面车辙识别试验与验证

火星表面地形地貌复杂,为了保证火星车行驶安全,需要对巡视器周边土壤的图像信息进行判别和分类。首先,根据试验场地和图像信息等对图像进行预处理,建立鸟瞰图像。接着,以鸟瞰图像为基础建立图像块并建立数据集,建模集和预测集分别包含315组和135组数据。然后,在划分的数据集基础上建立神经网络模型,并对数据进行训练和分类。最后,根据得到的分类模型对图像进行分类,得到感兴趣区域。分类结果表明:应用ResNet50得到的模型其建模集和预测集的分类准确率分别为75.56%和81.48%。该方法可实现巡视器周边地表类型的分类,并提取图像的感兴趣区域,以便实现更为精准的判别,可用于实现火星车通过性感知、风险预测和路径规划,为未来智能星球车移动系统研制和探测提供理论和技术支持。