空间返回航天器气动外形设计与需求分析

本文分析了空间返回任务对返回舱气动外形的需求,给出气动外形设计不仅要满足返回性能要求,还要考虑发射阶段火箭、运行阶段航天器的约束条件,并满足载人、运物任务要求的设计准则。分析了不同气动特性的返回舱外形对返回飞行动力学及热力学性能的影响,提出升阻比和局部热环境是返回器气动外形选取的关键因素。系统阐述了各类返回航天器外形确定的总体设计思想,研究总结了各类返回航天器外形的效益、飞行性能、安全性以及返回控制综合性能。选取典型外形为研究对象,用Boltzmann模型方程气体动理论统一算法、DSMC方法、NS/DSMC耦合算法、N-S解算器,对近连续过渡区绕流开展数值模拟研究,与飞行试验数据对比分析,提出须大力发展跨流域空气动力学数值模拟方法研究。

三维空间中视觉空间返回抑制对Simon效应的影响

通过虚拟现实技术构建虚拟三维场景,采用视觉空间返回抑制范式与Simon任务的变式相结合,操纵了目标深度、线索有效性以及空间一致性三个变量,考察三维空间深度位置上视觉空间返回抑制如何影响任务无关的反应表征(Simon效应)。结果发现,(1)三维空间深度位置上存在基于空间的返回抑制效应,且空间返回抑制效应会削减Simon效应;(2)目标出现在远处空间时,线索化条件下的Simon效应显著大于非线索化条件下的Simon效应;(3)目标出现在近处空间时,线索化条件与非线索化条件下的Simon效应之间无显著差异。研究表明,空间返回抑制并不是"深度盲",且目标的空间位置会对空间返回抑制与Simon效应的交互关系产生影响。

试次历史对跨通道非空间返回抑制的影响

个体对刺激的反应不仅受刺激本身的影响,还会受到先前刺激的影响,表现为对当前试次中刺激的反应会受到前一试次的影响,即试次历史。本研究采用“线索−中性线索−靶子”范式探讨前一试次有效性对跨通道的非空间返回抑制的影响。实验1通过连续两个试次间的线索有效性考察在跨通道非空间返回抑制中试次历史的影响。为了在跨通道非空间返回抑制中减小试次历史的影响,实验2通过延长试次间时间间隔考察跨通道非空间返回抑制中试次历史的作用是否减小。结果发现,前一试次线索无效时,当前试次中的返回抑制效应量显著小于前一试次有效时,这种影响会根据试次中线索和靶子通道的不同而不同。并且当延长试次间的时间间隔可以有效地减少前一试次对当前试次的影响。因此本研究表明,试次历史能够对跨通道非空间返回抑制产生影响,并且这种影响可以通过增大试次间时间间隔来减小。

工作记忆内容对空间返回抑制的影响

工作记忆内容能够以相对自动化的方式引导视觉选择性注意。研究的目的在于考察工作记忆内容对空间返回抑制的影响。实验一要求被试在客体工作记忆保持阶段完成返回抑制任务,结果发现无论返回抑制任务目标是否与工作记忆内容匹配都出现了返回抑制效应。实验二要求被试在空间工作记忆保持阶段完成返回抑制任务,结果发现当目标落在记忆空间上时返回抑制效应消失。因此,空间返回抑制仅会受到基于空间工作记忆的视觉注意引导的影响。

颜色和形状工作记忆对非空间返回抑制效应的影响

为进一步考察非空间返回抑制效应是否受工作记忆内容的影响,分别采用颜色和形状工作记忆内容,通过两个实验考察了工作记忆对非空间返回抑制效应的影响。实验结果表明,在颜色和形状工作记忆条件下,均产生了颜色或形状返回抑制效应,并且颜色或形状返回抑制效应量之间均无显著差异,颜色和形状工作记忆内容只增加了判断靶刺激的反应时。研究结论对进一步认识工作记忆内容与非空间返回抑制效应之间的关系有重要参考价值。

空间返回技术发展现状

空间返回技术对于当今和未来的太空探索具有重要意义,作为飞行任务的最后一个环节,它负责将运载飞行器和有效载荷安全地运送到地面;另一方面整个飞行过程中需要承受的物理环境。这种高风险但又有高精度要求的特点给技术实现带来了极大的挑战性。典型的返回过程可分为超高声速再入段、超声速/亚声速降落段以及着陆段。整个返回过程中飞行器都要经历严酷的物理环境。以上三个阶段所处的物理环境和任务剖面都不尽相同,这导致了设计方案和技术实现侧重不一样。本文主要讨论了针对于目前针对这些困难已经成熟的应对策略和潜在的新技术思路。

三维空间深度位置上基于空间的返回抑制

采用虚拟现实技术,将Posner经典二维平面中的线索化范式应用到三维空间,通过两个实验操纵了注意沿着不同方向进行直线转移的方式,考察了注意在三维空间深度位置上进行定向/重定向而产生的晚期抑制效应(返回抑制,Inhibition of return)。结果发现:(1)无论注意沿着何种直线转移方式转移都在深度位置上发现了基于空间的返回抑制;(2)无效提示线索条件下,目标出现在三维空间近处空间时的反应显著快于目标出现在远处空间时的反应,导致了近远空间的返回抑制量存在差异。研究说明了返回抑制效应并不是"深度盲"。

空间应用的GPS/INS自主导航系统

本文给出NASA空间组合GPS/INS系统(SIGI)项目的研制概况。该项目利用GPS提供的位置、速度、时间和姿态信息为国际空间站乘员返回舱(CRV)研制高度综合的自主导航系统。引言一次性使用的运载工具和可重复使用的运载工具、卫星以及载人航天器对低成本、高性能自主制导和导航系统的需求正在日益增加,因此空间应用领域需要选用军用成品(MOTS)和商用成品(COTS)航空电子系统的产品和结构。项目成功的关键在于导航系统是否有能力利用GPS位置、速度和姿态的观测量进行自主初始化和校正惯性导航解和姿态解。

林华宝(1931—2003)

为了使广大读者能更全面地了解航天人、更深入地理解航天精神,本刊特推出“院士风采”栏目,不定期地介绍航天各院、所过去和现在在职的院士们的工作和生活情况,宣传他们为中国的航天事业做出的巨大贡献。