无拖曳航天器连续推力分配的伪逆法二次优化方案

主要研究了应用伪逆法进行无拖曳航天器连续推力分配时的二次优化方法。首先,根据伪逆法初值求取方法,得出其解存在推力为负和超出执行机构约束饱和限制情况的结论;然后提出了伪逆法二次优化两步方案,针对推力为负提出了利用推力器间的关联关系进行替代的方法,针对推力器约束饱和限制确定了约束上下限。最后,通过干扰跟踪仿真和推力输出仿真,此二次优化方案满足了推力器输出为正和输出限幅的要求,并且计算简单,可以实现在轨实时分配,也可应用于其他需要连续推力的航天器推力分配任务。

空间引力波探测无拖曳技术现状与趋势

航天器无拖曳控制是实现引力波空间探测科学平台超静超稳运行的核心关键技术之一。目前,国内外各研究机构对航天器系统的动力学与控制进行了深入研究,并针对不同的探测频段需求提出了不同的探测任务。根据探测任务进行了航天器编队设计与控制的详细介绍和分析,对涉及的无拖曳与姿态控制、高精度惯性传感器与执行机构等原理和理论方法进行了深入的剖析。针对现已开展的空间引力波探测无拖曳航天器在轨飞行的演示验证整体情况进行详述和分析。在此基础上,提出后续开展相关研究中亟待解决的关键问题,指出未来无拖曳航天器系统动力学与控制的研究热点和趋势。

ASTRODⅠ加速度噪声与无拖曳系统要求

激光天文动力学空间计划概念是一个多目标的空间实验,使用在太阳轨道上无拖曳航天器和地日间L1(L2)点附近无拖曳航天器/地球卫星/地面站,以激光干涉测距的方法相互测距,精确地探讨天文动力学,检测相对论与时空基本定律,改进探测引力波的灵敏度以及更准确地测定太阳、行星和小行星的参数;其精确度将比现在提高3到5个数量级。一个简单的方案是使用一个航天器和地面站相互激光测距,是激光天文动力学空间计划的第一步,称为单航天器激光天文动力学空间计划ASTROD Ⅰ,可改进相对论检测3个数量级与太阳系参数1-3个数量级。我们要求ASTROD Ⅰ加速度计的加速度噪声在0.1mHz时小于10^(-13)ms^(-2)Hz^(-1/2)。要设计ASTROD Ⅰ的有效载核和航天器,对干扰和噪声要求的研究是不可避免的。在此论文中,我们估计可能的加速度干扰和讨论对ASTROD Ⅰ无拖曳航天系统的要求。我们的讨论包括保证质量的磁化率可接受的大小、保证质量和航天器温度控制的可接受的大小、保证质量和航天器耦合可接受的大小、对加速度计读出灵敏度和航天器控制环增益的要求等。和LISA(欧美的引力波空间任务,计划于2014年发射)相比,ASTROD Ⅰ的要求可以相对的宽松。这将使ASTROD Ⅰ为了满足无拖曳航天的要求所需的技术开发较易进行。

空间激光干涉引力波探测

为印证广义相对论和开拓引力波天文学窗口,引力波探测是当前国际研究热点.本文围绕空间激光干涉引力波探测,对其科学意义、发展状况、关键技术等进行了回顾.与地面激光干涉引力波探测相比,空间探测的工作频段更低,从104～10Hz,在工作距离为百万公里量级上,预计能探测到双致密星系统、超大质量比双黑洞绕转系统、中等质量比双黑洞绕转系统,以及星系合并引起的超大质量黑洞并合等波源.为此,测距精度须达到皮米的量级,并且保证测距技术有效工作的无拖曳航天技术亦有很高的要求.本文以欧洲的空间激光引力波探测计划为例,主要对上述两项技术进行分析和阐述,并展望了空间引力波探测在我国的发展趋势和前景.

地球重力场空间探测:回顾与展望

地球重力场的科学数据在地球测绘学、冰川学、陆地水循环、固体地球物理、灾害监控及国防军事等领域具有重要应用价值.美、德合作研制的地球重力场反演与气候实验(gravity recovery and climate experiment,GRACE)卫星,有力地推动了地球重力场测量、反演和应用.为进一步提高重力卫星科学数据的时、空分辨率,扩展应用领域,中国及欧美等国都考虑发射升级的重力卫星,即后GRACE计划(GRACE-follow-on).该文将简单回顾重力卫星的发展历程,介绍重力卫星的数据采集技术和反演方法,亦着重阐述后GRACE计划的测量方法学、关键技术及预期结果.

关于ASTRODⅠ测试质量充电过程模拟的预研究

单航天器激光天文动力学空间计划(ASTROD Ⅰ)是利用航天器与地面深空探测站进行激光干涉跟踪和脉冲计时测距来探讨天文动力学、爱因斯坦引力论和改进太阳系动力学参数。ASTROD Ⅰ任务中航天器的核心设备是测试质量。整个航天器将根据测试质量的位置来完成无拖曳航天。宇宙射线和太阳高能粒子能够穿透航天器外层结构而导致测试质量带电(这个带电过程称为充电),带电后的测试质量受到周围导体的库仑力或者经过行星际磁场时受到洛伦兹力而无法保证它的测地线运动。本文简单讨论了由于测试质量带电而引起的加速度噪声和其对应的傅立叶分量,并引用LISA的太阳活动最小时(宇宙射线强度最大时)的宇宙射线能谱和使用Geant4工具包模拟了ASTROD Ⅰ测试质量由于与宇宙射线相互作用而导致的充电过程。通过模拟计算得到在太阳活动最小时测试质量的充电速率大约为24.2±7.3|e|/s。