X射线脉冲星计时导航应用模式与空间试验进展

结合国家导航体系发展与工程应用迫切需求,主要讨论了X射线脉冲星计时导航的应用模式,并介绍了国内外空间试验进展。总结了脉冲星计时地基射电与空间X射线观测的特点和发展现状,阐释了脉冲星时研究与发展的重要意义;总结并归纳了X射线脉冲星导航的应用特点和现有水平,讨论了X射线脉冲星导航的技术优势和典型应用场景;总结了国内外X射线脉冲星计时导航的空间试验进展。根据国内外的空间试验结果,脉冲星时稳定度可达10^(-14)量级,脉冲星导航精度可达到km量级,初步具备在轨应用价值。因此,加快推进国内脉冲星计时导航技术的在轨演示验证与工程应用具有重要意义。

深空探测器相对论导航方法

在相对论导航系统中,通过毫角秒恒星角距测量装置获取反映恒星光行差和光线引力偏折变化的恒星角距观测量,利用导航滤波器处理观测量,估计深空探测器在惯性空间的位置和速度矢量,以及敏感器的测量基准偏差。建立了面向导航滤波器设计和系统性能分析的状态和观测方程,根据导航系统的克拉美劳下界(Cramer-RaoLowerBound,CRLB)考察了相对论导航方法用于深空探测的可行性,设计了通过导航滤波器自学习提升相对论导航系统性能的策略。仿真研究表明,对于环绕火星运行的深空探测器,在恒星角距测量精度为1mas的情况下,相对论导航方法能达到百米量级的定位精度水平。为相对论导航方法在深空中的应用提供了支持。

缸盖-缸垫-机体联合仿真在某产品开发中的应用

缸盖和机体组件作为发动机的本体支撑件,工作过程中承受复杂的机械载荷和热负荷,其可靠性直接决定了发动机的使用寿命。因此针对缸盖和机体在产品设计开发中需要进行详尽的评估验证,保证结构设计的合理性与可靠性。本文介绍了产品设计阶段针对缸盖、机体设计与缸垫联合仿真的评估方法,结合某产品开发过程对该仿真方法进行了详细阐述。根据产品后续试验结果,对仿真计算结果进行了对标验证,确认了联合仿真方法的合理性和有效性。

X射线脉冲星导航探测技术发展综述

X射线脉冲星导航技术是一种具有发展潜力的新型自主导航技术,美国NASA、欧空局、日本JAXA等航天强国科研机构均将其列为重点发展对象,采用"自然界最精准的天文时钟"的脉冲星作为导航信标,可以大大提升航天器战时自主导航生存能力。本文综述X射线脉冲星导航探测技术的发展现状,深入分析X射线脉冲星导航对探测终端设备的需求,梳理出X射线脉冲星导航需要突破的关键技术及可实现的途径,为我国X射线脉冲星导航领域的快速发展提供了技术参考。

掠入射聚焦型X射线脉冲星望远镜及在轨数据分析

掠入射聚焦型X射线脉冲星望远镜是XPNAV-1卫星的主载荷,其首要科学探测任务是以PSR B0531+21脉冲星为观测目标,根据在轨实测数据恢复脉冲轮廓,实现基于掠入射聚焦型X射线脉冲星望远镜"看得见"PSR B0531+21脉冲星的目标。掠入射聚焦型X射线脉冲星望远镜主要由多层嵌套准Wolter-I X射线光学系统、硅漂移探测器、磁偏转器、电子学、高能粒子防护罩、高稳定结构等关键部组件组成。介绍了脉冲星探测需求、有效载荷工作原理与设计原则、探测任务、主要技术指标以及在轨观测主任务期间观测数据的初步分析结果。

基于物理规划的多学科多目标设计优化

针对复杂产品多学科多目标设计优化存在的耦合严重、计算效率低、难以获得体现设计者偏好的最优解等问题,提出了基于物理规划和改进的协同优化策略的多学科多目标设计优化方法,阐述了该方法的基本思想并给出了设计优化流程。该方法密切结合实际工程设计经验,将多目标优化问题转换为反映设计者偏好的综合目标优化问题,采用改进的协同优化策略建立多层次的优化模型进行并行优化,得到了反映设计者偏好的最优解。以飞机起落架缓冲器为例,证明了该方法可以较好地求解多目标优化问题的折中非裂解。

回忆大渡河英雄李德才

1952年,我由清苑县武装部调到保定军分区,先在保密室任保密员,后来又就任政工科干事。在保密室工作时,我与司令员李德才在一个小院办公,得以天天见面。听老同志们说,李德才司令员是红军强渡大渡河的英雄,怀着对英雄的崇敬心情,自己利用业余时间查阅党史资料,认真详细了解了红军长征时期大渡河十八勇士的英雄事迹。

基于UG和ADAMS的并联机器人的运动学与动力学仿真

以3-PRC并联机器人机构为研究对象,在UG环境下建立了并联机构的虚拟样机模型,并将实体模型导入到ADAMS环境下,实现了3-PRC并联机器人机构的运动学及动力学性能仿真分析.该方法避免了复杂运动学与动力学方程的建立与求解,简化了并联机器人的设计开发工作,也为样机的调试与控制提供了理论依据.

3-PUU三维平动并联机器人的位置分析及其仿真

提出了一种具有三角形平台的3-PUU并联机器人机构。证明了该机构在初始位置和一般情况时,机构做三维平动。运用解析几何中的坐标变换和投影,得出一种有效求解位置反解的新方法,通过MATLAB软件对该方法进行了仿真和验证。3-PUU三维平动并联机器人作为圆形平台并联机器人的一种异构形式,其操作灵活性和运动性能都有较大的改善。该机构可用于快速夹持、移动和组装等方面。

3-RPC并联机器人的运动轨迹规划与仿真

对一种具有四角平台的3-RPC并联机器人进行了结构分析,应用并联机构逆运动学分析理论,对并联机构动平台的运动轨迹规划进行了推导,提出了3-RPC并联机构的运动学反解计算公式,进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上设定的运动规律。借助UG创建了该机构的装配模型,通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。

多层嵌套掠入射光学系统研制及在轨性能评价

大探测面积、提高探测器灵敏度方面发挥着重要作用,实现了国内首次在轨验证.针对脉冲星导航探测X射线光子到达时间的特点,开展了基于单次抛物面镜反射的掠入射聚焦光学系统设计,通过理论计算与推导,获得了可制造的光学系统反射镜设计参数,光学系统理论有效面积为15.6 cm2@1 keV,对设计的光学系统进行了聚焦性能仿真,全视场范围内均满足探测器聚焦要求,开展电铸镍复制工艺研究,完成了芯轴的超精密控形加工,在此基础上制造了4层金属反射镜,利用北京同步辐射4B7B光束线测试了各层反射镜的反射率,基于实测反射率的光学系统有效面积为13.2 cm2@1 keV.最后基于在轨观测数据,评价得到光学系统的有效面积为4.22 cm2@1 keV,分析了地面标定有效面积与在轨评价有效面积存在差别的原因,验证了设计、仿真与制造方法的正确性,为大面积掠入射光学系统的研制奠定了基础.

随机与区间不确定下基于近似灵敏度的序列多学科可靠性设计优化

为解决复杂系统多学科可靠性设计优化过程中由于存在多源不确定性和多层嵌套而导致的计算效率低的问题,将近似灵敏度技术与两级集成系统综合策略(Bi-level integrated system synthesis,BLISS)和功能测度法集成,提出一种能同时处理随机和区间不确定性的序列化多学科可靠性设计优化方法。基于概率论和凸模型对混合不确定性进行量化,提出一种随机和区间不确定性下的混合可靠性评价指标,并基于功能测度法建立多学科可靠性设计优化模型。采用近似灵敏度信息替代实际灵敏度值,将近似灵敏度技术同时嵌入多级多学科设计优化策略和多学科可靠性分析方法中,避免每轮循环都进行全局灵敏度信息的分析与迭代,提高了计算效率。基于序列化思想同时将四层嵌套的多学科可靠性设计优化循环和三层嵌套的多学科可靠性分析过程进行解耦,形成一个单循环顺序执行的多学科可靠性设计优化过程,避免了每轮循环对整个可靠性分析模型进行迭代分析的过程,减少灵敏度分析和多学科分析次数。以汽车侧撞工程设计为例,验证了该法具有同时处理随机和区间不确定性的能力,并且计算效率较传统方法分别提高了10.98%和23.63%,表明该法具有一定工程实用价值。

面向产品装配序列规划的智能优化算法库

针对复杂产品装配规划的组合爆炸和盲目搜索难题,以及单个智能优化算法各自存在的缺点,提出一种用装配序列智能优化算法库解决装配序列规划问题的方法.装配序列规划智能优化算法库主要由算法顾问和算法池构成,算法顾问依据装配规划问题的描述、算法可量化性能的主要参考指标和经验公式,向装配规划人员推荐解决规划任务的最合适算法;算法池包括改进的遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等3种智能优化算法.建立了统一的装配序列规划优化模型和智能算法评价指标体系,并给出了装配序列规划智能优化算法库的具体操作流程.最后结合瓶塞开启机实例,验证了该算法库为装配规划人员推荐的智能优化算法是合理的.

广角红外地球敏感器光学系统设计及畸变校正

为了满足低轨道航天器姿态轨道控制系统对小型化地球敏感器的需求,对广角长波红外地球敏感器光学系统设计及成像畸变校正技术进行了研究。广角长波红外光学系统采用反远距结构形式,由三片锗透镜实现140°的视场角,光学系统工作波段为14μm^16.25μm,F数为0.8。广角长波红外光学系统体积小、结构简单,并且成像质量良好,实现了红外地球敏感器光学系统的小型化高精度设计。采用分视场区间分别建立畸变校正公式的方法来实现光学系统成像畸变校正,校正精度优于像元尺寸的1/5,可满足敏感器产品姿态测量的需求。

集成协同优化策略与性能测量法的多学科可靠性设计优化

为了充分考虑不确定性因素对产品性能的影响,基于分解思想,对传统的三层嵌套循环的多学科可靠性设计优化过程进行解耦,变型为一种顺序执行的单层递归循环过程,提出集成协同优化策略和性能测量法的多学科可靠性设计优化方法.首先采用协同优化策略建立确定性多学科设计优化模型并选用遗传算法进行系统层级优化;然后在协同优化框架下应用性能测量法搜索最可能失效点,进行多学科可靠性分析;最后针对不满足可靠性设计要求的概率约束,采用移动策略及可靠性分析结果重构确定性多学科设计优化模型,直至收敛.数值算例和减速器实例结果表明,文中方法有效,具有实际工程意义.

3-PRC并联机构的运动轨迹规划与仿真

利用螺旋理论对具有三角平台的3-PRC并联机构进行了运动性分析,应用并联机构逆运动学分析理论,对3-PRC并联机构动平台的运动轨迹进行了分析研究。由齐次坐标变换公式推导出其运动学反解计算公式,进而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时应在原动件上施加的运动规律。最后,借助UG创建了该机构的装配模型,通过ADAMS仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。

脉冲星导航在载人火星探测中的应用

针对火星探测存在由于地、火距离远而导致的与地面测控系统通信时延,以及飞行过程中由于航天器处于太阳背面导致的与地面测控系统存在30 d左右通信中断(日凌干扰)等问题,相较于其他常用航天器自主导航方法,X射线脉冲星导航不需要额外的通信服务网络,导航过程不易受干扰,且具有自主性强,系统简单,导航误差不随时间累积,导航精度也不受飞行距离限制等优势,可为载人火星探测器自主导航提供一种新的解决方案。在分析载人火星探测自主导航需求的基础上,结合实际工程应用,阐述了脉冲星导航的应用优势,设计了涵盖X射线脉冲星导航终端及星载计算平台的载人探火系统初步方案,提出了一种基于单探测器序贯观测的X射线脉冲星自主导航方法。基于现有的空间观测数据分析了导航系统的可观测性,仿真验证了系统的导航性能。研究表明:火星轨道探测器基于单探测器序贯观测脉冲星的仿真导航精度可以达到20 km左右,可以作为一种保底的自主导航手段,为未来中国载人火星探测计划的实施提供有效保障。

Web环境下协同装配系统的并发控制

通过对网络环境下协同装配操作的分析,总结了客户端执行结果不一致、多客户端误抓零件、多客户端同时装配同一零件、合理并行装配受阻以及装配约束冲突等5种并发装配冲突.提出了一种层次混合并发冲突控制模型(HCM,Hierarchical Hybrid ConcurrencyConflict Control Model),HCM分上下两层,集成了4种并发控制策略,采用将具有装配语义的命令进行传输实现并发控制.上层采用基于全局装配序列的并发控制策略,整体上避免了前两种并发冲突;下层集成了装配操作序列化、系统加锁和用户解锁以及建立装配约束库等策略,消解了后3种并发冲突.基于HCM开发了一个原型系统,并结合实例验证了该系统的灵活性和有效性.

10t直流电弧炉炉底电极的设计与实践

重点介绍直流电弧炉炉底电极的形式及上钢五厂１０ｔ直流电弧炉触针风冷式电极的设计、使用与改进。

道路交通事故车速分析的探讨

速度是诱发道路交通事故的重要因素,为保证道路行车安全,车速控制非常必要。通过对行车速度与道路安全的关系进行探讨,分析了速度对事故的影响机理,重点强调了车速分布的离散性对事故的影响,并建立了车速模型,对车辆运行中如何控制车速提出了建议。