空间机器人在轨组装多模块单元的对接力控制与地面实验

将空间结构模块化单元呈堆叠式发射后通过空间机器人实施在轨组装,是构建大型空间结构颇具前景的一种方式.空间机器人在轨组装空间结构模块单元过程中存在动力学模型复杂、对接力控制难和对接过程干扰强等问题.针对上述难点,分析了多模块单元在轨组装接触情景,建立了空间机器人在轨组装的动力学模型和三维空间接触动力学模型,在此基础上采用了一种基于模型参考自适应阻抗控制的对接过程接触力控制方法.该方法根据力跟踪误差值实时调整顺应轨迹以适应复杂工况和抵抗外界干扰,从而使接触力准确跟踪期望值,以保证模块单元成功对接的同时避免物理接触对机械结构造成损坏.搭建了空间机器人组装模块单元的仿真平台和地面实验平台,对空间机器人动力学模型和控制方法进行了验证.实验结果表明自适应阻抗控制方法在多模块单元同步对接的复杂接触情景下,仍具有良好的力控制性能和环境适应能力.该方法可应用于(超)大口径太空光学组合镜组等空间大型结构在轨组装过程的力控制.

无碰撞磁场重联地面实验平台的研制与建设

中国科学技术大学无碰撞磁场重联实验平台(KRX)是以揭示无碰撞磁场重联的触发机制、对无碰撞磁场重联电子扩散区的结构及相关等离子体波动进行深入细致研究为目标而建设的大型等离子体装置,是开展空间环境基本物理过程地面实验模拟的综合性平台.装置主体为直线位形,真空室直径3 m,由多段拼接而成,整体呈胶囊型,内部采用2 m×1 m全球最大氧化物阴极源产生均匀的背景等离子体.装置外部环绕10组导向场磁线圈,内部由上下两块平行电流板通同向脉冲电流构建重联磁场位形,脉冲电源采用“H”桥结构实现了可控的变速率重联驱动.在装置四周共开设200多个真空窗口,能够通过探针阵列及太赫兹偏振干涉仪、激光诱导荧光等先进光学诊断系统对磁场重联过程开展全域、主动、高精度的测量.该平台是最新一代磁场重联实验平台,其重联区域尺寸达到10倍离子惯性长度,伦德奎斯特数S有望达到105,为开展无碰撞磁场重联实验创造了良好条件,能够对磁场重联过程开展多尺度、全面细致的研究,是卫星观测和数值模拟研究重要补充.目前,实验平台已完成基础建设以及诊断等关键组件的研制,并在小型装置预研结果的基础上完善了针对多尺度、多磁岛合并、三维磁场重联等热点问题的研究方案.

航天器地面实验的相似性分析方法

研究了航天器地面实验的相似性问题,给出了完全相似条件和近似相似度量方法.首先,应用量纲分析法推导了航天器地面实验的完全相似准则,并讨论了相似准则应用上的局限性;然后,在键合图理论的基础上,提出了一种系统状态变量的活性分析方法,并据此构建了实验模型近似相似程度的量化度量函数;最后,分别对轨道绝对运动与相对运动的模拟实验进行了相似性分析,给出了多种不同的非理想约束条件对实验相似性的影响,提出了有效的实验建议.仿真计算表明:所提出的方法可作为实验相似程度的量化判别依据,且快捷有效,对工程实验有重要参考价值.

双臂自由飞行空间机器人地面实验平台系统设计

本文主要讨论在地面上模拟的空间微重力环境下能够自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器人地面实验平台的系统设计方案 .该系统由机器人实验模型、视觉系统、通讯系统、主机系统、气浮平台及浮动目标六个子模块组成 .本文首先讨论系统各子模块的设计原则 ,其中重点讨论机器人实验模型设计 ,其次讨论基于层次递减式控制系统结构 ,它由用户界面、策略控制及运动控制三个层次组成 .

绳系卫星收放控制地面实验研究

根据天-地动力学相似原理,设计了圆轨道绳系卫星面内运动地面实验系统。该系统的特色在于:利用气垫和喷气模拟卫星系统的空间动力学环境,如重力梯度和Coriolis力。基于计算机视觉和无线局域网技术,构建了在线测控子系统。根据在线优化及滚动时域控制理论,设计了绳系卫星反馈控制器。所设计的反馈控制律并非以解析形式给出,而是利用Legendre伪谱和非线性规划方法在线计算开环最优轨道来确定。最后,通过示例实验对控制器性能和地面实验系统的有效性进行了考核和验证。

自由飞行空间机器人地面实验平台硬件系统

介绍了双臂自由飞行空间机器人地面实验平台系统。在阐述了整个平台系统组成的基础上 ,重点介绍了该系统的硬件构成 ,分别对各个子系统的硬件组成进行了具体论述。

100W微波等离子推力器的调试与地面实验

微波等离子推力器(MPT)谐振腔只有在谐振状态下,微波能量才能被高效地用于加热工质产生推力。采用微波无源器件回波损耗的测试方法对100WMPT谐振进行精确地调谐,分析微波能量的吸收效率及谐振频率带宽,研究腔体尺寸、微波耦合探针位置在同一谐振频率条件下的匹配性。在地面条件下,对100WMPT系统进行了实验,利用推力器腔体内的高电场强度可直接使系统推力器腔体中工质电离,其最高能量吸收效率可达98.3%。

环路热管的地面实验研究现状

环路热管技术是目前航天器热控制领域内最前沿的热控技术,而双储液器环路热管更是凭借其正常工作不受蒸发器和储液器方位限制成为航空和民用领域的研究热点.分析了环路热管及双储液器环路热管的地面实验研究现状;对可视化实验研究成果进行了总结分析;针对目前关于环路热管在某些方面的传热机理和运行特性的研究还不够深入,提出在稳态、动态、主动控温等方面还需进行大量的可视化实验研究,对一些既往的理论和猜测还有待可视化的验证.

空间蔬菜栽培装置地面实验样机研制

目的研制成空间蔬菜栽培装置地面实验样机,以便解决空间环境条件下栽培蔬菜的若干关键技术,为下一步研制空间蔬菜栽培装置样机和上天产品,并最终为在我国空间站实现空间蔬菜生产的实验与应用奠定基础。方法在详细技术方案论证与设计的基础上,进行了部件图纸设计与投厂加工、整机设备安装、调试、试运行和验证实验等。结果该样机栽培室内的温度、相对湿度、风速、总压、O2分压、CO2分压和栽培基质水分含量均实行自动而有效的控制;光源为高效电子荧光灯;平均蔬菜生产量可以 达到60g鲜重·d-1。结论该样机运行平稳,实际性能基本达到了预定的技术指标,部分组件的工作原理能够适应空间微重力环境,从而为今后研制空间蔬菜栽培装置打下了良好基础。

基于VR的空间站地面实验综合平台仿真系统研究

本文提出了一种基于虚拟现实（ＶＲ）的空间站地面实验平台仿真系统，并着重探讨了该仿真系统开发涉及的关键技术；研究了仿真软件开发的环境及其技术路线；计算机图形仿真验证了本文提出系统方案的有效性。

空间机器人地面实验系统的一种鲁棒自适应控制方法

基于李亚普诺夫稳定性直接方法, 针对具有参数及模型不确定性的空间机器人地面实验系统, 提出了一种新的鲁棒自适应控制器。该控制器由三部分组成: 线性PD反馈项, 补偿动力学的自适应控制项, 补偿建模不确定性的鲁棒控制项。控制策略能有效地克服未建模的摩擦力和外部扰动以及吊丝配重系统未补偿掉的重力影响, 并且能保证全局最终一致有界。

地面实验室模拟空间等离子体环境的初步测试

空间等离子体和航天器的相互作用对航天器的安全有重要影响，利用空间实验来研究这些作用的代价很大，可以通过在地面实验室中模拟空间等离子体环境来低成本地研究这些相互作用．本研究通过使用ＥＣＲ等离子体源期望在地面实验室来近似模拟空间等离子体环境，通过初步测量，我们得到了一个比较均匀的等离子体环境．

地面实验条件下土壤水分微波辐射特性

为解决被动微波遥感反演土壤水分问题,通过C、KU两个波段微波辐射计对不同水分的裸露地表的土壤微波辐射特性进行实验研究,分析土壤湿度与土壤的微波发射率之间的定量关系,建立了土壤湿度与微波发射率的经验模型。研究结果表明：在土壤表面平整时,土壤湿度与土壤微波发射率呈线性负相关,即随着土壤湿度的增加,土壤微波发射率线性下降。在入射角为30°～50°范围内,无论是垂直还是水平极化,30°入射角时微波对土壤测湿灵敏度最大,表明在入射角30°的水平极化下微波反演土壤水分的效果最好。

S形进气道/JT15D-4涡扇发动机地面实验与数值模拟

为进一步研究所设计的S形进气道与涡扇发动机共同工作时对发动机性能和稳定性的影响,制作了S形进气道1∶1玻璃钢模型,安装在小型涡扇发动机JT15D-4上,观察发动机在地面台架条件下的工作状态,并进行了相关数据的测量.利用CFD(ComputationalFluid Dynamics)方法进行同样条件下的进气道数值仿真计算.将计算结果与实验结果相比较,结果表明:两种方法得到的数据相吻合,一方面说明所设计的S形进气道与发动机匹配良好,能够保证发动机的正常运转;另一方面说明,CFD方法可用于进气道的设计验证.

自由飞行空间机器人地面实验平台系统规划器

为了研究自由飞行空间机器人的运动学和动力学特性 ,开发了可以在地面上模拟空间微重力环境并能自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器人地面实验平台仿真系统。介绍了整个系统的组成 ,讨论了系统所采用的规划器 ,主要介绍了规划器所采用的控制策略和规划算法 。

遥操作空间机器人地面实验系统的集成与研究

主要对遥操作空间机器人地面实验系统的设计及基本结构进行了系统分析 .同时对柔顺控制、共享控制及力反馈控制等关键性技术进行了探讨 .

环路热管地面实验平台的热设计

文章旨在建立环路热管的地面实验平台,模拟环路热管在太空轨道运行的热环境。首先建立了地面实验舱的物理模型,对其如何实现在地面模拟太空中该环路热管的热环境进行了热分析计算,其次确定了满足环路热管轨道运行最冷工况和最热工况下的实验舱的壁面温度,最后对实现该轨道环境所需要的壁面绝热材料、制冷剂、制冷设备进行了选择,初步完成了实验平台的热设计。计算结果表明,在同时考虑舱内对流和辐射换热的条件下,要实现空间热边界条件,实验舱内舱的壁温要保证在-62.1^-10.9℃之间变化。

干涉式微波成像仪地面实验系统天线阵列设计

为提出二维干涉式微波成像仪的可行方案,通过地面实验,开展利用二维合成孔径技术直接成像的研究,验证部分相关和二维成像机理及算法,检验系统的空间分辨率和温度分辨率,具有重要的科学意义。本文对二维干涉式微波成像仪地面实验系统的天线阵列进行了稀疏孔径设计。设计目标是:考虑方案的物理可实现性,即平台应用中的工程技术约束条件,在能够得到同样的空间频域覆盖的情况下,采用尽量少的干涉天线单元。理论分析和数值模拟结果表明,设计后的天线阵列满足了地面实验系统工程设计要求;设计后,6单元阵列实现了零冗余,7单元阵列冗余度仅为9.1%;空间频域的采样点对空间频域覆盖的完备性良好,为有效地进行亮温图像反演提供了可靠的可见度函数。

自由飞行空间机器人地面实验平台网络系统

为了实现自由飞行空间机器人地面实验平台系统中各工作站之间的实时通讯 ,模拟自由飞行空间机器人操作目标卫星的过程 ,开发了基于TCP/IP协议的网络实时监控系统。该系统能满足应用程序在多机、跨平台之间实时的数据传送与接收的要求 。

光学遥感卫星飞轮微振动仿真和地面实验研究

为了对光学遥感卫星中飞轮微振动带来的成像像移进行精确预估,研究了飞轮微振动对成像影响的相关机理,建立了理论分析模型,搭建了高仿真度实验测量平台.研究微振动对成像影响机理,构建从飞轮扰振特性到成像像移之间的传递函数表达式,理论证明了谐波特性和模态特性是飞轮微振动对成像像移影响的两大重要特性.搭建高仿真度的实验平台对微振动影响下的图像像移进行精确测量.对比理论模型分析所得像移和实验测量数据,分析两者结果不一致产生的原因.结果表明:理论与测量的像移结果中谐波特性非常一致,两者具有几乎一致的典型的谐波因子;模态特性在低频段具有较高一致性,中低频段误差在8%以内.