高轨大型航天器液体晃动等效建模方法研究

高轨航天器一般都带有大量液体燃料,在进行轨道机动时液体运动会对航天器的姿态产生不可忽略的扰动,建立简洁而精确的液体晃动动力学模型具有重要的工程应用价值.介绍在带有大型燃料贮箱的高轨航天器研制过程中液体晃动等效动力学建模若干问题的研究进展,包括应用于位保模式的任意形状三维贮箱液体晃动等效建模方法、姿态大角度机动下时变参数等效力学建模方法,给出基于静矩和惯量连续的变参数等效建模方法,并通过数值仿真验证了所提出方法的准确性.

基于多星座GNSS的高轨航天器组合导航性能评估

高轨航天器采用多星座GNSS(包括BDS、GPS、Galileo、GLONASS)导航时存在可见卫星数少、定位误差大和难以保证持续性等问题,而随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,有了更多提供导航服务的在轨卫星,能大幅增加高轨航天器可用的卫星数量并显著改善其定位性能。针对典型中高轨道航天器场景,开展了基于含北斗三号的多星座GNSS的组合导航定位性能仿真和评估。仿真结果表明,基于紧组合定位算法的典型高轨航天器可以获得米级的定位精度,与松组合定位模型相比,在可见卫星数量较少时仍可保证误差不发散,验证了当前多星座GNSS背景下典型高轨航天器应用紧组合定位时的误差水平,特别是基于并行遗传算法(Parallel Genetic Algorithm,PGA)下的GNSS/SINS紧组合算法可进一步改善定位精度。

在轨航天器动力学参数辨识技术研究

针对在轨航天器低频密集和辨识时激励源有限且难于测量等特点,开展了适用于低频密集模态且不需激励信息的在轨航天器动力学参数辨识方法的研究,探讨了直接利用在轨响应数据在频域内辨识航天器动力学参数的技术;并根据在轨航天器低频密集特点,设计了在轨航天器动力学参数辨识仿真试验系统,对该辨识方法进行了试验验证。

军事高技术培训中的航天器轨道原理课程建设

航天器轨道原理是军事高技术培训中的基础性教学内容,在教学过程中存在基本理论艰深、教学时间短、学员专业背景差异大的难点,教学效果一直难以得到有效提高。本文结合《航天器轨道原理及其应用》实验课程,摸索总结出一套有效的实验课建设方法,综合采用多媒体教学、课堂互动实验等手段,使教学效果得到明显提高。

LEO航天器高压太阳电池阵静电放电试验研究

低地球轨道(LEO)航天器高压太阳电池阵存在与等离子体相互作用发生静电放电(ESD)导致其失效的风险,需要确定产生一次放电和二次放电的电压阈值并采取相应的防护措施。文章模拟LEO等离子体环境,采用刚性基板三结砷化镓太阳电池试验件,试验研究了LEO条件下高压太阳电池阵在无防护与涂胶防护状态下发生一次放电和二次放电的电压阈值。在太阳电池组件同样并联间隙情况下,试验结果表明:无防护试验件发生一次放电的电压阈值为110 V,涂胶防护试验件发生一次放电的电压阈值为120 V;太阳电池电路通0.83 A电流,无防护试验件发生二次放电的电压阈值为150 V,涂胶防护试验件发生二次放电的电压阈值为160 V。因此,在设计高压太阳电池阵时,建议合理控制相邻太阳电池串之间的电压差和并联间隙,以及采用在相邻太阳电池串之间涂敷硅橡胶等措施,以有效控制太阳电池阵静电放电的发生。

高精度航天器轨道预报仿真软件的研制

在航天器的设计过程中,必须要对轨道飞行状态进行预报,以确保航天器的正常运行。高精度轨道预报仿真软件是对航天器轨道进行预报的重要工具。首先简要介绍了航天器轨道预报的理论基础,详细阐述了航天器轨道动力学模型的建立方法,接着研究了高精度航天器轨道预报仿真软件的设计思路,提出了软件的实现方法,最后介绍了利用C++语言开发的适合航天器轨道预报仿真的航天器轨道计算工具软件包"Spacecraft Orbit Calculation Tool(SOCT)",并利用STK软件对SOCT进行测试验证,结果表明SOCT达到了高精度航天器轨道预报仿真的要求。

高轨微弱信号的跟踪算法分析及仿真

高轨航天器自主导航技术是中国迫切需要发展的航天新技术之一,广泛应用于通信、导航、气象、预警等领域。高轨导航接收机为高轨航天器自主导航定位提供了便捷有效的手段。在高动态环境下,载波频率和相位、伪码相位均随载体运动发生较大变化。由于载体动态引入的多普勒频率变化对伪码跟踪环的影响可通过载波辅助消除,接收机的动态性能主要取决于载波跟踪模块的性能。高轨高动态信号由于传播路径的增加,导致高轨导航接收机出现接收信号路径损耗大和信号微弱的问题。通过开展高轨弱信号跟踪技术专项研究及多次仿真分析、合理设计环路噪声带宽和调整预检积分时间等措施,能够有效稳定地处理跟踪–173 dBw导航弱信号。该技术成功应用于嫦娥五号卫星,并为后期高轨卫星导航、绕月飞行等深空探测项目提供技术指导和指标参考。

考虑时间状态的敏捷自主在轨服务航天器高维运动规划研究

针对敏捷自主在轨服务航天器自身和所在复杂空间环境等特点,研究其在轨灵巧、精确服务的运动规划问题,提出了以平动、转动和时间为状态的改进的快速搜索随机树高维运动规划方法。仿真算例检验了该规划方法的有效性,结果表明它不仅满足敏捷自主在轨服务航天器在一定约束条件下按照指定时间到达指定地点的高维运动要求,而且对离线与在线规划两种模式也具备较强的适应性。

高轨航天器GNSS信号传播链路建模与强度分析

在高轨环境下,由于卫星信号传播链路复杂、损耗衰减较大、信号强度不均匀给全球导航卫星系统(GNSS)应用带来新问题。本文建立了GNSS信号从发射端到高轨航天器接收终端的传播链路模型。通过全链路模拟和等价增益仿真,得到了高轨航天器接收信号强度的分布规律。在此基础上,比较分析了GNSS双星座、三星座和四星座联合导航系统的可用性,为高轨航天器GNSS信号特性分析、多模接收机的灵敏度选择、捕获跟踪算法的设计等工程应用提供理论参考。

高轨航天器GNSS技术发展

随着高轨航天器任务和数量逐步增多,使用高轨GNSS技术在一定程度上避免了传统地面测控的局限性,降低了测控站网运行负担和维护成本,且提高了卫星平台自主导航能力和测定轨精度,具有显著的研究意义和应用价值。本文对GNSS用于高轨航天器的技术发展进行分析研究,对比低轨航天器,分析了GNSS在高轨空间环境中应用特点;从高轨GNSS可用性、在轨技术验证和高灵敏接收机技术3个方面,总结高轨GNSS自主导航技术特点和发展历程;分析了高轨事后精密定轨和编队卫星相对导航新任务中GNSS技术特点;从高轨航天器未来发展出发,给出后续高轨GNSS技术研究展望。

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究.采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验.实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目.对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于-169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45m内.

面向高轨航天器的北斗导航特性分析

利用卫星导航信号实现高轨航天器的自主定轨与导航已成为当前国内外的研究热点,高轨星载导航接收机面临可见卫星数少、接收导航信号微弱、动态性较大等问题。针对以上问题,分析了高轨环境下星载导航接收机获取到的信号功率、可见星数、DOP值及多普勒频移状态。首先建立了北斗星座模型与高轨航天器动力学模型,构建星间测距链路,对高轨卫星的可见性进行了仿真分析,结果表明当星载接收机功率为-177 dBw时,可见星数能达到4颗以上,能满足定轨需求;然后对高轨卫星的定轨精度进行了仿真,DOP值的均值为15.6578;最后对导航卫星和高轨卫星之间的多普勒频移进行了分析,仿真的多普勒范围为±14 kHz。相关研究结果可支撑高轨航天器星载接收机的开发。

高精度再入返回轨道控制技术

2014年11月1日,月地高速再入返回飞行器准确着陆在预定着陆区,标志着探月工程三期月地高速再入返回任务取得了圆满成功.其中飞行器服务舱的制导,导航与控制系统以高精度的再入角和准确的返回再入速度将返回器送入返回走廊,是整个飞行任务的关键环节.本文介绍了为实现以11 km/s速度再入返回地球,解决对地球再入角和返回速度的准确度要求高的难题,飞行器服务舱的制导,导航与控制系统所采用的轮控姿态管理,喷气管理和高精度加速度计闭环轨控的组合技术.在轨实施取得了轨道控制精度小于0.009 m/s,再入角控制精度小于0.024°的控制结果,达到了再入返回轨道控制的高水平.