木星系科学探测研究与展望

为了更好地规划中国首次木星系科学探测任务,对国外历次木星系探测任务的发展状况进行了调研分析,包括7次飞越探测、2次环绕探测(伽利略号和朱诺号),归纳总结了木星系探测任务的科学目标、载荷配置及其探测成果情况,分析得到了木星系科学探测任务特点和启示。最后,在上述分析和待解决问题的基础上,提出了中国木星系科学探测任务的初步设想与发展展望。

“灵神星”探测任务工程实施特点浅析

小行星探测是与月球探测、火星探测并列的深空探测三大国际热点之一,作为太阳系形成初期的遗留产物小天体探测具有非常重要的科学意义。国际上先后开展多种探测形式、涵盖多种类型的小行星探测任务。美国“灵神星”探测任务首次针对金属质小行星开展近距离探测和研究,本文旨在分析“灵神星”探测任务轨道设计、平台方案、载荷配置等工程实施特点,针对未来中国小行星探测任务实施和小行星探测规划提出思考和建议。

硬X射线调制望远镜卫星数字伴飞系统设计与应用

设计了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数字伴飞系统,具有与在轨卫星相同的运行策略和控制模型。卫星发射后,通过配置参数使地面虚拟空间中的数字孪生体卫星与现实空间中的实体卫星状态一致,可"镜像"卫星在轨状态。结合数字模型状态量丰富、可加速运行、可反复运行的特点,在数字孪生体上开展卫星状态判读、卫星控制参数优化、卫星任务方案迭代仿真,得到上注至实体卫星的飞控数据,完成了卫星的任务规划和性能改善。

规避姿态禁区的航天器姿态机动路径规划

对航天器姿态机动进行路径规划以规避姿态禁区,能有效保障航天器安全运行,提高在轨寿命。文章研究了多约束条件下的航天器姿态机动路径规划问题,将工程约束表达成明确的函数,提出了基于比例微分控制的编码方法,设计了一种以机动时间最短为目标的评价函数,将路径规划问题转换为最优化问题,采用粒子群优化算法进行最优解搜索,在可接受的代价范围内得到了满足约束的机动路径。仿真结果表明,该方法对于禁区规避问题是有效的。

充液航天器质量特性计算方法研究

充液航天器的质量特性对飞行动力学建模和控制设计有着重要影响。质量特性测量装置通常只能测出干重状态下航天器的质量特性,而充液状态下的航天器质量特性只能靠计算给出,其中如何计及各贮箱内液体的惯性张量是此类工程计算的难点。首先采用势流理论推导了任意形状贮箱内液体质量特性的一般表达式,包括全充液情况和部分充液情况,其中对部分充液情况考虑了自由液面小幅晃动的影响;然后采用三维有限元方法建立了液体质量特性的数值计算方法,并通过一个验证算例确认了该计算方法的有效性;最后应用该方法计算了一个充液航天器的质量特性,并研究了不同的液体处理方法对计算结果的影响。研究表明,工程上通常采用的“固化液体”处理方法所计算出来的转动惯量明显偏大,而所提出的计算方法具有更好的理论正确性和工程适用性。

敏捷卫星SGCMG群姿态机动测试用例设计研究

针对SGCMG群敏捷姿态机动这一新技术,研究一种SGCMG群姿态机动测试用例设计方法;在分析SGCMG运动特性的基础上,建立了SGCMG群卫星姿态动力学模型和SGCMG群力矩输出矩阵,由此开展了SGCMG群操纵律研究及奇异性分析;结合SGCMG群卫星姿态动力学模型、运动学模型和PID控制器设计,搭建了敏捷卫星姿态控制闭环仿真系统,采用不考虑奇异规避的广义操纵律进行闭环仿真,通过遍历搜索的仿真运算,寻找分别经历无奇异、显奇异和隐奇异的典型目标姿态角组合,完成了敏捷卫星SGCMG群奇异规避算法的测试用例设计与验证,实现了对SGCMG群敏捷机动能力与系统指标的全面考核,极大提高了测试用例覆盖的全面性和有效性,具有现实的工程意义。

X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析,提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束;针对X射线观测的多需求、多约束难点,设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式,解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题,该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.

火星着陆发动机羽流与火壤的相互作用

火星探测器着陆过程中的发动机羽流与火壤发生复杂的相互作用,一方面探测器底部的火壤表面成分及分布形式被破坏,影响探测器的着陆过程;另一方面受发动机羽流作用而扬起和悬浮的颗粒,会影响探测装置的可靠工作。针对此问题,利用数值模拟,对火星探测器着陆过程中的发动机羽流和火壤相互作用进行了研究,获得了不同发动机高度和推力下火壤颗粒的激扬高度、火坑深度和火坑宽度,通过在轨飞行数据反演对仿真算法进行了验证和评价,为火星着陆策略的制定提供了支撑。