基于宇航级FPGA的YOLOv5s网络模型硬件加速

由于遥感图像具有分辨率高和背景信息复杂的特点,其对目标检测的精确性和鲁棒性要求越来越高,因此遥感图像处理领域逐渐引入了卷积神经网络算法。然而此类算法通常模型复杂且计算量庞大,难以在空间与资源受限的星上平台高效运行。针对这一问题,提出一种基于宇航级现场可编程门阵列(Filed Programmable Gate Array, FPGA)的卷积神经网络硬件加速架构,并选用YOLOv5s作为目标网络,采用输入与输出通道并行展开以及数据流水线控制的策略进行架构设计。实验结果表明,在使用该处理架构加速YOLOv5s的推理阶段,卷积模块的工作频率可以达到200 MHz,其运算性能高达394.4GOPS(Giga Operations Per Second),FPGA的功耗为14.662 W,数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)计算矩阵的平均计算效率高达96.29%。

基于YOLOv5的厂房大门安全预警系统的设计

国能准能集团设备维修中心是一家大型矿用设备维修单位,各车间厂房大门每日进出各类型大型设备自然不少。由于厂房环境嘈杂同时频繁进出各类大型检修车辆及设备,且各工种作业人员受大门等屏障阻挡,视野不够开阔,车辆司机及其他作业人员不能及时发现运行中的车辆,安全生产存在一定隐患,为了保障安全,特对厂房大门安全预警系统进行了立项研究。借助开源项目YOLOv5对厂房大门进出车辆进行预警,效果显著。

2023年国外航天领域发展综述

为及时、准确地了解2023年度国外航天领域的发展动向,对国外航天运输领域、弹道导弹领域以及高超声速技术领域的最新发展情况进行了全面梳理,涉及美、俄等各国航天领域的重点型号研发、飞行试验情况以及重大热点事件等,并通过综述分析对2024年国外航天领域的发展进行了展望。

新时期航天器环境工程面临的挑战与机遇

空间事业的发展对航天器环境工程提出了新挑战,同时也为该专业技术进步和领域延展提供了难得的机遇。近10年来,伴随着载人航天、深空探测等一系列重大航天工程的顺利实施,中国航天器环境工程领域在诸多方面取得了长足进步。文章回顾了中国航天器环境工程的发展历程,围绕中国空间站长期运行、深空探测新任务、低轨巨型星座建设等提出的新需求,分析了航天器环境工程将面对的挑战和必须突破的关键技术。结合具体工作内容介绍了北京卫星环境工程研究所在LEO辐射环境在轨探测与数据应用、特殊空间环境效应与防护、火星探测器特殊力热环境试验技术和航天器产品环境试验ISO标准等方面取得的最新进展。在建设航天强国的过程中,航天器环境工程必将伴随着航天器整体技术的升级实现更高水平的跃迁。

载人月球探测科学研究发展概述与趋势分析

月球是具有重要科学价值与战略价值的自然天体,开展载人月球探测,实现中国人首次登陆地外天体,将成为航天强国建设的重要标志。在载人月球探测过程中,可利用月球特殊条件及资源,开展有人参与的科学研究活动,获取月球科学、月基科学和月球资源利用等方面的研究成果。首先回顾了阿波罗计划、阿尔忒弥斯计划、嫦娥工程等月球探测任务,针对其中的科学研究任务实施情况及关键成果进行了总结,并分析了后续载人月球科学任务发展趋势。在此基础上,对人类在开展未来载人月球探测任务过程中重点部署的方向提出了建议,涉及月球样品采集、月球科学探测,以及月球原位资源利用等方面。对载人月球探测科学研究发展趋势的分析及建议,可为未来载人登月相关论证设计提供参考。

深空探测自主运行的一种可信性技术体系

未认知与不确定性是深空探测任务的基本特征.本文基于战略导向的体系化基础研究,建立了一种面向科学价值最大化的探测场景和以可靠性为核心技术基础的深空探测自主运行可信性技术体系.分析研究了深空探测场景下的可靠性概念;面向精确感知、最优计算、准确决策、快精准执行的目标要素,提出了深空探测自主运行的可信性体系框架以及“需求-认知-工程”总体技术架构;针对自主运行可信性的关键技术难点,开展了可靠性导向的多物理场、强耦合白盒建模,复杂网络故障传播机制分析,COTS元器件深空探测应用的高可靠保证,以及“模型+数据+知识”一体的融合机制分析等研究.对该技术体系的关键技术验证策略及其最小系统在卫星星座中的应用进行了验证,结果表明,所提出的技术体系具有较高的工程价值.

陆地生态系统碳监测卫星自主任务规划研究

低轨遥感卫星往往以全球或全国范围内的特定地物为探测目标。为提高卫星在轨运行的自主性,文章提出了一种面向地物目标属性的遥感卫星自主任务规划方法。首先外推出预报点90 min后的星下点经纬度,并根据星载地图和太阳高度角,得到预报点的阳照/阴影、陆地/海洋、境内/境外属性。对地物目标属性信息进行平滑处理后,根据各载荷的地物目标属性,识别出各载荷的工作任务时间段,可实时实现提前约1个轨道圈的载荷自主任务规划。

基于硝化棉助燃的含能粘合剂爆热特征值测试研究

为了表征含能粘合剂的能量特性,开展了含能粘合剂的燃烧热、生成焓与爆热特征值的测试研究并评估了将其作为含能粘合剂能量特性量化指标的合理性,探索了利用硝化棉(NC)助燃来测试含能粘合剂爆热特征值的方法。结果表明:当含能粘合剂/NC质量比达到1∶5时,绝大多数含能粘合剂可以充分燃烧;以硝化棉为助燃物可准确测取含能粘合剂的爆热特征值,所测聚硝酸酯基缩水甘油醚(PGN)与聚乙烯醇硝酸酯(PVN)的爆热特征值分别为3164、4713 kJ·kg^(-1),与文献值的相对误差均小于5%;燃烧热不能准确反映含能粘合剂的能量优势,采用爆热特征值可较好地表征含能粘合剂的能量特性,避免了生成焓正负之分导致估值体系自我矛盾的缺点;在隔绝氧气的条件下,含能粘合剂能量贡献值从小到大依次为GETPE<FATPE<GAP<PBAMO<NC(12%)<PGN <PVN。

“天问二号”任务科学目标和有效载荷配置

回顾了近30年国际上小行星探测任务的科学目标和载荷配置。在总结小行星探测主要科学问题的基础上,对中国行星探测工程“天问二号”探测任务的对象选择、科学目标和有效载荷配置进行了论述。围绕实现科学目标探测,并提出了相应的科学研究内容和有效载荷技术指标。

大中型液体运载火箭水平起竖与发射技术

未来大量中低轨商业卫星的发射任务对大中型运载火箭提出了快速测发的技术需求。地面发射支持系统针对CZ-8火箭需求,在传统运载型号已有技术的基础上,重点开展了箭体整体水平组装及起竖对接技术、快速智能测发技术的研究,旨在进一步提升火箭发射任务效率、简化发射场设施、降低发射成本。以箭体水平组装设备、整体转运起竖对接设备、智能供气系统为切入点,对相关技术进行了阐述,此外,还提出了吊具、支架车两种水平组装方案。对整体转运起竖对接精度影响因素进行了分析,并介绍了起竖托架的刚度提升方法。介绍了智能供配气总体方案、智能减压阀技术、供配气设备故障诊断技术。

低轨星座卫星快速开发与验证方案设计

针对低轨星座卫星快速开发与验证需求,提出试验星+工程星+接口验证平台(VPI)并行研制验证方案。通过工程星研制,对卫星结构、总装设计及供电主通道、推进贮供主通道等设计进行验证,支撑试验星设计优化与结构投产;VPI对星上电子单机接口、星上软件等进行迭代验证。通过试验星研制,对低轨星座卫星功能性能全面验证,确定星座卫星基线。该方案经多颗卫星实施验证,有效提高了低轨星座卫星验证效率。

面向微纳遥感星座构建的阻力差分控制方法

基于整星质量、功耗、体积和成本考虑,一些微纳卫星通常不加装推进系统。为满足这类微纳遥感卫星构建星座的要求,提出采用阻力差分控制(无动力控制)技术实现星座构建的方法。通过调整太阳翼迎风面积,利用星间阻力差增大或减小2颗卫星轨道半长轴之差,在不改变卫星飞行姿态、不影响有效载荷应用的情况下实现微纳遥感星座相位控制。利用20颗微纳遥感卫星构建星座对阻力差分控制方法进行验证,结果表明:将阻力差分控制技术应用于微纳遥感星座相位控制,能顺利完成微纳遥感卫星同一轨道面的等相位部署,并成功实现星座构建。

太阳抵近探测计划——观测位置的新突破

太阳抵近探测计划(SCOPE)旨在突破高温和强辐射防护、长距离运载、远距离轨道控制和先进载荷等一系列极限技术,将探测器投送至距太阳中心仅有5个太阳半径的位置上,深入太阳大气层进行探测,研究太阳附近极亮、极热的深空探测“无人区”,在全新的位置上对太阳进行超近距离原位探测和遥感观测,针对磁场和等离子体结构实现空间分辨率优于0.1"的观测。探测器将穿越太阳爆发磁重联电流片,显微观测太阳爆发磁结构,原位探测磁重联电流片、日冕物质抛射与激波以及各类带电粒子,以推动揭示太阳爆发理论机理。探测器将在最靠近太阳的区域显微监测和探测日冕中尺度小于0.1"的纳耀斑、光球中尺度小于0.06"的磁场和速度场结构及其演化特征,确认日冕加热机制;探测太阳风重离子电荷态,确认太阳起源及加速机制。探测器还将在最接近太阳的区域内与原位探测日冕磁场,显微观测太阳极区磁场和等离子体结构和演化特征;揭示太阳附近尘埃分布特征,进入无尘埃区,确定太阳系尘埃盘内边界。困扰太阳物理界近百年的两个科学难题,即太阳爆发机理难题和日冕加热与太阳风加速机理难题,随着该计划的顺利实施将被破解;在最接近日心的位置处实现日冕磁场,包括太阳极区磁场原位探测“0到1”的突破也将实现。本文将介绍SCOPE的背景、科学目标和预期产出、有效载荷以及卫星平台关键技术。

近地小行星远距离逆行轨道监测布局与效能评估

针对近地小行星地基监测系统对日不可见盲区限制、监测体系发现与编目能力不足等问题,提出了天基远距离逆行轨道4星监测系统解决方案,据此定量化分析了天基监测系统对上述问题的解决能力,建立了配套的效能评估模型,给出了对应评估软件的实现流程,按照可见光和红外谱段完成了各要素整合后得到评分。通过分析评估,印证了远距离逆行轨道监测布局对地基监测系统不可见盲区全时可见的补偿效能,以及对目标发现编目能力的提升,可为后续天基监测体系的建设提供设计参考。

我国应对近地小行星撞击风险和动能撞击偏转研究的若干进展

近地小行星(NEA)撞击地球是人类长期面临的重大潜在威胁,基于监测预警和风险评估,实施在轨处置是防范化解NEA撞击风险的最佳途径。本文概述了国际近地小行星撞击风险应对的现状与发展趋势,介绍了2020年我国启动应对近地小行星撞击风险工作以来的主要进展。着重从实验、数值仿真和理论建模3个方面介绍了我国在动能撞击偏转在轨处置技术研究的若干进展,展望了我国即将实施的首次近地小行星动能撞击防御演示验证任务,提出了在轨处置体系能力与技术深化研究建议。

基于刚柔耦合模型的多轴车辆平顺性仿真分析

针对采用一体化设计、整体式车身结构的多轴车辆,建立刚柔耦合虚拟样机模型,对多轴车辆的平顺性进行研究。基于驾驶室连接方式、驾驶室结构形式和驾驶室顶部连通形式3个设计要素,分析整车在不同载重和不同工况下的平顺性。分析表明,带有斜支撑桁架结构的驾驶室能够有效降低车辆行驶时驾驶室的加权加速度均方根值;顶部不连通的结构形式驾驶室舒适性更好;通过优化驾驶室结构形式和顶部连通形式,车辆在空载和满载情况下的平顺性得到了较大的改善,能够更好地满足使用要求。

美国地月空间安全研究进展综述

随着地月空间的探索和利用活动越来越频繁,维护地月空间安全、构建覆盖地月空间的能力建设越来越重要。文章调研美国地月空间安全发展总体情况,分析其维护地月空间安全的重点举措,包括加强军民合作、制定战略规划、推进能力部署等;总结神谕(Oracle)、敏捷地月空间飞行火箭验证(DRACO)等美国地月空间安全重点项目发展情况,涉及太空态势感知、空间推进等领域;分析地月空间安全在顶层布局、构建态势感知架构、融合发展等方面的发展特点,得出加强地月空间可持续发展顶层谋划、提前布局研究地月空间安全核心技术等启示建议,可为后续地月空间长期可持续发展提供相关参考。

高燃烧效率含卤氧化剂包覆硼粉的制备及性能

为了提升硼粉的点火燃烧性能,采用高能球磨与喷雾干燥相结合的技术制备了4种微纳米B-Fe-Bi_(2)O_(3)@AP/PVDF复合物,根据其高热值和高燃烧效率的特点将四种复合物命名为μBHH_(c)、μBHC_(e)、nBHH_(c)及nBHC_(e),并对其形貌结构、热反应性、点火延迟、质量燃速和凝聚相产物进行了表征分析。结果表明,μBHH_(c)和μBHC_(e)复合物在氩气中最大热值达9.7 k J·g^(-1),最高燃烧效率达66.2%;在氧气中最大热值达14.6 k J·g^(-1),最高燃烧效率达93.3%,空气中氧化峰温在750~760℃之间。n BHH_(c)和n BHC_(e)复合物在氩气中最大热值达9.9 k J·g^(-1),最高燃烧效率达68.9%;在氧气中最大热值达14.8 k J·g^(-1),最高燃烧效率达97.2%,空气中氧化峰温在595~600℃之间。各类复合物的最高燃烧温度达1954~2011℃,其中n BHH_(c)复合物的点火延迟最短(26 ms),且质量燃速最高(1.84 g·s^(-1));μBHC_(e)复合物的点火延迟最长(39 ms),质量燃速也最低(0.80 g·s^(-1))。各类复合物燃烧产物主要由B_(2)O_(3)、B_(4)C及少量未完全燃烧的硼组成,形貌包含5~10μm的球体及10~20μm的片状物质。

外空安全与环境治理:进展、挑战与机遇

随着人类航天活动的迅猛发展,外空环境日益复杂无序,外空安全的威胁显著上升,外层空间长期可持续性面临严重挑战。本文全面介绍了外空安全面临的最新态势,系统分析了空间碎片数量逐年增多、低轨大规模星座迅猛部署、新型航天活动快速喷发、外空资源争夺日趋激烈、外空军事化愈演愈烈等对外空安全和外空长期可持续的冲击。本文指出,从外空命运共同体、国家空间资产安全、航天强国建设出发,外空环境治理是大势所趋和唯一出路,孕育着航天技术创新、产业革命、法规建制等重大机遇。基于国情提出了我国对策和发展建议。

发射台可快速修复的热防护方法探究

热防护作为防止发射台承载结构受到火箭发射燃气流烧蚀的区域性防护措施,是保证发射台能够可靠承载火箭的关键环节。近年来,随着以长征二号丙运载火箭为代表的常规液体运载火箭发射频率逐年升高,发射台在火箭发射后的恢复时间也大幅压缩。为此,提出发射台热防护的快速恢复方案,将烧蚀式防热技术与隔热式防热技术相结合,设计模块化的热防护组件以实现快速更换。通过仿真、试验并进行搭载使用,结果表明,新式热防护的修复时间由3天缩短至1天,防护效果良好,可以满足高密度火箭发射的使用需求。