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一种基于模型预测的火星返回推力器容错控制再分配方法
被引量:
1
1
作者
杨博
魏翔
+1 位作者
于贺
刘超凡
《宇航学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期243-253,共11页
针对火星返回上升器由于环境等因素造成的推力器故障导致的姿态控制系统失稳而难以安全返回的严重问题,提出基于模型预测的动态容错控制再分配方法。根据推力器动态特性建立上升器推力分配模型,对模型参数误差进行实时估计从而修正分配...
针对火星返回上升器由于环境等因素造成的推力器故障导致的姿态控制系统失稳而难以安全返回的严重问题,提出基于模型预测的动态容错控制再分配方法。根据推力器动态特性建立上升器推力分配模型,对模型参数误差进行实时估计从而修正分配模型,根据模型预测自适应推力再分配方法实施容错控制。同时,将推力器输出限制作为优化求解器的约束,并将推力器故障模型作为优化求解的约束域,实现最小化分配误差和最小化燃料消耗意义下的最优推力再分配。计算机仿真表明了该方法的可行性和实用性,获得了满意的结果,它能使推力器输出推力误差降低60%以上,姿态控制系统能在故障状态下3~5 s快速镇定。
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关键词
火星返回
容错技术
控制分配
模型预测
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职称材料
一种三元结构的火星采样返回任务方案分析
被引量:
1
2
作者
张扬眉
龚燃
《航天器工程》
2012年第4期89-99,共11页
介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探...
介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。
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关键词
火星
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三元结构
漫游车
着陆器
轨道器
启示
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职称材料
火星上升器发射技术综述
3
作者
张胜
唐晓峰
+3 位作者
刘可平
曾远帆
储成龙
吴志亮
《空天防御》
2023年第3期66-76,共11页
火星作为太阳系中与地球最为类似的行星,其表面可能存在生命的迹象。尽管现有探测机器人能够在火星表面进行较大范围勘察,但科学家仍无法像在地球上一样利用大型先进设备对样品进行更深入的研究与分析,因此火星采样后返回地球任务具有...
火星作为太阳系中与地球最为类似的行星,其表面可能存在生命的迹象。尽管现有探测机器人能够在火星表面进行较大范围勘察,但科学家仍无法像在地球上一样利用大型先进设备对样品进行更深入的研究与分析,因此火星采样后返回地球任务具有非常重要的意义和科学价值。火星表面数十公里厚且不稳定的大气环境,使得将装有火星样品的上升器安全、稳定地从火星表面送至轨道器的任务十分具有挑战性。火星上升器发射技术是火星采样返回任务中的关键技术,关系到任务的成败。本文分析了国外火星上升器发射技术的发展现状,总结了已有各类发射方案的技术特点,以期为中国后续开展火星采样返回任务提供可参考的火星上升器发射技术方案。
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关键词
火星
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火星
上升器
发射技术
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职称材料
浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术
被引量:
5
4
作者
陈昌亚
《自然杂志》
北大核心
2012年第2期83-87,共5页
本文初步分析了奔赴火星的几大关键技术问题:轨道设计与控制技术;超远距离通信技术;自主控制技术;火星探测热控制技术;火星着陆控制技术以及火星返回技术等。对后续火星探测以及相关型号探测器的研制具有一定的参考价值。
关键词
火星
探测
关键技术
轨道设计与控制
超远距离通信
自主控制
火星
着陆及
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职称材料
基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计
被引量:
2
5
作者
柯森锎
李爽
+2 位作者
肖东东
王卫华
聂钦博
《深空探测学报》
2018年第3期269-275,共7页
火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最...
火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最小为目标函数,并考虑了MAV设计约束、MAV的质量模型约束、轨迹的路径约束和控制约束等限制条件。利用该方法可以同时求得发射总质量最小的两级MAV分级参数和一条燃耗最优的上升轨迹,解决了由于不合理的两级MAV分级设计导致的轨迹优化算法无法收敛的问题。数值仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度,且对初值选取的敏感度较小、具有较强的鲁棒性。
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关键词
火星
采样
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火星
上升器
火箭分级和轨迹耦合优化
高斯伪谱法
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职称材料
火星采样返回任务轨道方案初步设计
被引量:
2
6
作者
汪中生
周文艳
+2 位作者
田百义
张磊
彭兢
《中国科学:物理学、力学、天文学》
CSCD
北大核心
2019年第2期152-167,共16页
火星采样返回是近年国际上深空探测规划的重点任务.本文考虑开展火星探测任务的实际工程约束,以2028年发射机会为例,对火星采样返回任务全飞行过程各阶段的轨道方案进行了研究,在不同方案比较分析的基础上,推荐未来开展火星采样返回任...
火星采样返回是近年国际上深空探测规划的重点任务.本文考虑开展火星探测任务的实际工程约束,以2028年发射机会为例,对火星采样返回任务全飞行过程各阶段的轨道方案进行了研究,在不同方案比较分析的基础上,推荐未来开展火星采样返回任务的可能轨道方案.对任务轨道进行了初步分析和设计,给出了主要阶段的分析结果,讨论重点包括发射转移、近火制动、火星轨道交会对接和火地转移等飞行阶段轨道方案的初步设计.分析表明:火星采样返回任务每两年有一次发射机会,其中2028年发射窗口集中在11月;考虑到重型火箭研发风险,可以采用现役火箭分别发射着陆上升组合体和轨返组合体的两次发射方案;从火星返回地球,约两年有一次返回机会,火星出发窗口和地球出发窗口相差约两年时间.
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关键词
火星
采样
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轨道方案
发射机会
近火制动
火星
轨道交会
火地转移
原文传递
沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望
被引量:
5
7
作者
王誉棋
魏勇
+4 位作者
范开
何飞
戎昭金
周旭
谭宁
《科学通报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期368-379,共12页
沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997~2018年...
沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997~2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.
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关键词
火星
车
着陆器
沙尘暴
太阳能电池阵列
火星
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原文传递
题名
一种基于模型预测的火星返回推力器容错控制再分配方法
被引量:
1
1
作者
杨博
魏翔
于贺
刘超凡
机构
北京航空航天大学宇航学院
出处
《宇航学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第2期243-253,共11页
文摘
针对火星返回上升器由于环境等因素造成的推力器故障导致的姿态控制系统失稳而难以安全返回的严重问题,提出基于模型预测的动态容错控制再分配方法。根据推力器动态特性建立上升器推力分配模型,对模型参数误差进行实时估计从而修正分配模型,根据模型预测自适应推力再分配方法实施容错控制。同时,将推力器输出限制作为优化求解器的约束,并将推力器故障模型作为优化求解的约束域,实现最小化分配误差和最小化燃料消耗意义下的最优推力再分配。计算机仿真表明了该方法的可行性和实用性,获得了满意的结果,它能使推力器输出推力误差降低60%以上,姿态控制系统能在故障状态下3~5 s快速镇定。
关键词
火星返回
容错技术
控制分配
模型预测
Keywords
Mars sample return
Fault tolerance
Control allocation
Model predictive control
分类号
V448.2 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
一种三元结构的火星采样返回任务方案分析
被引量:
1
2
作者
张扬眉
龚燃
机构
北京空间科技信息研究所
出处
《航天器工程》
2012年第4期89-99,共11页
文摘
介绍了目前国外提出的一种三元结构的火星采样返回任务方案,整个方案分3次发射,分别发射漫游车、着陆器和轨道器,每次发射间隔为4年,最终目的是将火星样品带回地球。该方案的优势在于,通过3次发射分别完成漫游车巡视勘察、着陆器现场探测、轨道器数据中继和在轨探测,最终综合完成火星采样返回,能够极大地缓解项目进度和资金压力,充分利用每次发射窗口分步骤完成探测任务。文章重点对方案涉及的关键技术进行了分析,包括样品获取与封装、行星保护、精准着陆、漫游车的危险规避能力和移动性、火星上升器、交会与样品捕获、地球再入器技术等;对方案的前景和优势进行了探讨,并给出几点启示,如精准着陆或成为今后行星探测着陆方式的新趋势,火星采样返回任务将是人类火星探测的里程碑,今后的深空探测任务趋向国际合作模式等。
关键词
火星
采样
返回
三元结构
漫游车
着陆器
轨道器
启示
Keywords
Mars sample return
three-element
rover
lander
orbiter
enlightenment
分类号
V476.4 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
火星上升器发射技术综述
3
作者
张胜
唐晓峰
刘可平
曾远帆
储成龙
吴志亮
机构
上海机电工程研究所
上海宇航系统工程研究所
出处
《空天防御》
2023年第3期66-76,共11页
文摘
火星作为太阳系中与地球最为类似的行星,其表面可能存在生命的迹象。尽管现有探测机器人能够在火星表面进行较大范围勘察,但科学家仍无法像在地球上一样利用大型先进设备对样品进行更深入的研究与分析,因此火星采样后返回地球任务具有非常重要的意义和科学价值。火星表面数十公里厚且不稳定的大气环境,使得将装有火星样品的上升器安全、稳定地从火星表面送至轨道器的任务十分具有挑战性。火星上升器发射技术是火星采样返回任务中的关键技术,关系到任务的成败。本文分析了国外火星上升器发射技术的发展现状,总结了已有各类发射方案的技术特点,以期为中国后续开展火星采样返回任务提供可参考的火星上升器发射技术方案。
关键词
火星
采样
返回
火星
上升器
发射技术
Keywords
Mars sampling Return
Mars ascent vehicle
launching technology
分类号
V423.6 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
下载PDF
职称材料
题名
浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术
被引量:
5
4
作者
陈昌亚
机构
上海卫星工程研究所
出处
《自然杂志》
北大核心
2012年第2期83-87,共5页
文摘
本文初步分析了奔赴火星的几大关键技术问题:轨道设计与控制技术;超远距离通信技术;自主控制技术;火星探测热控制技术;火星着陆控制技术以及火星返回技术等。对后续火星探测以及相关型号探测器的研制具有一定的参考价值。
关键词
火星
探测
关键技术
轨道设计与控制
超远距离通信
自主控制
火星
着陆及
返回
Keywords
Mars exploration, key technology, orbit design and control, ultra long distance communication, control, Mars landing and return
分类号
V476.4 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计
被引量:
2
5
作者
柯森锎
李爽
肖东东
王卫华
聂钦博
机构
南京航空航天大学航天学院
南京航空航天大学航天新技术实验室
上海航天控制技术研究所
出处
《深空探测学报》
2018年第3期269-275,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(11672126)
文摘
火星上升器的设计与其轨迹设计紧密相关,而现有方法大都将MAV(Mars Ascent Vehicle)的分级优化和轨迹优化解耦计算,其计算效率低且鲁棒性较差。提出了一种基于高斯伪谱法的两级MAV分级与轨迹耦合多阶段优化算法,它以MAV的发射总质量最小为目标函数,并考虑了MAV设计约束、MAV的质量模型约束、轨迹的路径约束和控制约束等限制条件。利用该方法可以同时求得发射总质量最小的两级MAV分级参数和一条燃耗最优的上升轨迹,解决了由于不合理的两级MAV分级设计导致的轨迹优化算法无法收敛的问题。数值仿真结果表明该方法具有较快的收敛速度,且对初值选取的敏感度较小、具有较强的鲁棒性。
关键词
火星
采样
返回
火星
上升器
火箭分级和轨迹耦合优化
高斯伪谱法
Keywords
Mars sample return(MSR)
Mars ascent vehicle(MAV)
coupled staging-trajectory optimization
Gauss pseudospectral method(GPM)
分类号
V448.2 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
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职称材料
题名
火星采样返回任务轨道方案初步设计
被引量:
2
6
作者
汪中生
周文艳
田百义
张磊
彭兢
机构
北京空间飞行器总体设计部
出处
《中国科学:物理学、力学、天文学》
CSCD
北大核心
2019年第2期152-167,共16页
基金
国家国防科技工业局探月与航天工程中心深空探测重大专项资助
文摘
火星采样返回是近年国际上深空探测规划的重点任务.本文考虑开展火星探测任务的实际工程约束,以2028年发射机会为例,对火星采样返回任务全飞行过程各阶段的轨道方案进行了研究,在不同方案比较分析的基础上,推荐未来开展火星采样返回任务的可能轨道方案.对任务轨道进行了初步分析和设计,给出了主要阶段的分析结果,讨论重点包括发射转移、近火制动、火星轨道交会对接和火地转移等飞行阶段轨道方案的初步设计.分析表明:火星采样返回任务每两年有一次发射机会,其中2028年发射窗口集中在11月;考虑到重型火箭研发风险,可以采用现役火箭分别发射着陆上升组合体和轨返组合体的两次发射方案;从火星返回地球,约两年有一次返回机会,火星出发窗口和地球出发窗口相差约两年时间.
关键词
火星
采样
返回
轨道方案
发射机会
近火制动
火星
轨道交会
火地转移
Keywords
Mars sample return
orbit design
launch opportunity
Mars orbit insertion
Mars orbit rendezvous
Mars to Earth transfer
分类号
V412.41 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
原文传递
题名
沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望
被引量:
5
7
作者
王誉棋
魏勇
范开
何飞
戎昭金
周旭
谭宁
机构
中国科学院地质与地球物理研究所
中国科学院大学地球与行星科学学院
中国科学院地质与地球物理研究所
中国科学院地质与地球物理研究所
出处
《科学通报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期368-379,共12页
基金
中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA17010201)
中国科学院重点部署项目(ZDBS-SSW-TLC00103)
+2 种基金
中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目(IGGCAS-201904,IGGCAS-202102)
中国科学院青年创新促进会(Y2021027)资助
国家自然科学基金(41922031)。
文摘
沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997~2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.
关键词
火星
车
着陆器
沙尘暴
太阳能电池阵列
火星
采样
返回
Keywords
Mars rover
lander
dust storm
solar array
Mars sample return
分类号
V476.4 [航空宇航科学与技术—飞行器设计]
P425.55 [天文地球—大气科学及气象学]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
一种基于模型预测的火星返回推力器容错控制再分配方法
杨博
魏翔
于贺
刘超凡
《宇航学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
1
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职称材料
2
一种三元结构的火星采样返回任务方案分析
张扬眉
龚燃
《航天器工程》
2012
1
下载PDF
职称材料
3
火星上升器发射技术综述
张胜
唐晓峰
刘可平
曾远帆
储成龙
吴志亮
《空天防御》
2023
0
下载PDF
职称材料
4
浅谈奔赴火星需要解决的几大关键技术
陈昌亚
《自然杂志》
北大核心
2012
5
下载PDF
职称材料
5
基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计
柯森锎
李爽
肖东东
王卫华
聂钦博
《深空探测学报》
2018
2
下载PDF
职称材料
6
火星采样返回任务轨道方案初步设计
汪中生
周文艳
田百义
张磊
彭兢
《中国科学:物理学、力学、天文学》
CSCD
北大核心
2019
2
原文传递
7
沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望
王誉棋
魏勇
范开
何飞
戎昭金
周旭
谭宁
《科学通报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
5
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