大型载人航天器数据存储服务系统设计与应用

针对载人航天器数据规模大、多源并发存储、平台安全性要求高、长期在轨运行的特点,文章提出了一种适用于大型载人航天器的数据存储服务系统通用架构。介绍了数据存储服务系统应用的多项关键技术,采用元数据分离方法实现了任意数量和任意类型关键数据的存储和回放,通过数据同步和电气隔离等设计方法使系统具备在轨维修更换的能力,采用存储空间映射的方法实现对非易失闪烁存储器(FLASH)坏块故障的屏蔽,保证了长期工作时数据存储的高可靠性。提出的数据存储服务系统服务于在轨应用,验证了设计的可行性,可为后续航天器数据存储系统的设计提供参考。

服务轨道维持“鹊桥”计算精度的评估

位于地月L2点Halo轨道的“嫦娥四号”中继星,每3~4天需要通过动量轮卸载和轨道维持两种方式进行构型保持。针对“嫦娥四号”中继星机动频繁、控制精度高的特点,根据平动点轨道特性,在旋转坐标系分析了定轨误差分量对轨道控制参数计算的影响,得出影响轨道维持效果的定轨误差主要为旋转坐标系X-Y平面的速度误差。在此基础上提出一种服务轨道维持控制定轨精度评估的统计学方法,设计了平动点飞行期间轨道的计算策略,对中继星使命轨道的定轨精度开展评估,结果表明,目前测量条件下可为轨道维持提供的定轨精度为1~3mm/s。

航天器在轨延寿服务发展现状与展望

航天器延寿服务主要针对寿命末期的在轨航天器,通过采取接管延寿、推进剂在轨加注、故障在轨维修等方式,延长航天器在轨服役时间,进一步提升其在轨应用效能,为用户创造更多价值。文章在对航天器延寿服务需求分析的基础上,调研了近年来国外具有代表性的航天器延寿服务项目,例如轨道快车、任务延寿飞行器、复原-L项目、凤凰计划;分析了延寿服务技术面向实用、突破技术、统筹规划的发展趋势;结合我国空间技术发展实际,提出了加强航天器在轨延寿服务体系研究、加快技术攻关与成果转化、开展前沿技术探索的建议。

载人航天器在轨维修性系统设计

针对载人航天器在轨维修的特殊性,提出了适用于载人航天器系统设计的维修性设计思想。根据维修性设计理论和工程设计的实际需求,建立了载人航天器维修性系统设计流程,给出了维修性系统指标的确定方法、在轨可更换设备的选择方法、以及维修性分配和预计方法。为载人航天器系统维修性设计提供了一个技术途径。

航天器变构型模块化可维修技术

现有可维修航天器为实现可维修能力代价大,且技术发展途径不清晰,难以推广应用。本文在对国外可维修航天器技术特点分析的基础上,从可维修体系架构、可更换功能模块体系和即插即用接口体系3方面,提出了一种可维修航天器的通用设计方法。结合所提方法,设计了一种主结构可变构型的模块化可维修航天器,阐述了所涉及的关键技术。所设计的可维修航天器以开放式机械体系、分布式异构网络体系与可补加动力体系为核心架构,以两级功能模块和三级接口为可维修载体,以较小代价实现了可维修维护能力,降低了对维修操作方的能力要求,且系统功能性能可随技术的发展动态演进。所提方法与典型设计案例可为中国可维修航天器及相应技术的发展提供参考。

椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解与应用

在长期的航天器编队飞行中传统的基于线性相对运动模型设计编队保持轨道的方法会引起较多的燃料消耗。首先采用摄动法解析地求得了考虑二阶非线性项时椭圆轨道相对运动模型的周期性条件和周期解;然后以此周期解为参考轨道设计了基于Lyapunov稳定的PD保持控制律。仿真结果表明:基于椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解较基于椭圆轨道线性相对运动模型的周期解,精度明显提高;以前者为参考轨道的保持控制与以后者为参考轨道的保持控制相比,燃耗明显降低。

基于在轨维修的航天电子设备机箱总体设计研究

为了解决现有航天电子设备机箱维修操作复杂的问题,在分析现有成熟机箱缺陷的基础上,结合在轨可维修性设计理念,采用模块化设计的总体思路,提出了一款全新的更加人性化、维修便利的快速插拔航天电子设备机箱,实现了单板模块在轨快速更换和前盖整体屏蔽两大特色。最后,利用PATRAN/NASTRAN和Msc.Marc有限元仿真软件分别对机箱进行了力学分析和热分析。仿真结果及实践证明,该机箱具有操作及维修性好、可靠性高、通用性强以及结构简单等特点,完全满足航天机箱的相关标准。

美国的中性浮力模拟器及其应用

中性浮力地面模拟试验不仅可以用来训练航天员,对大型空间结构的设计及在轨组装与维修技术研究也具有重要的作用。文章对美国的三台大型中性浮力模拟器的性能、规模和配置及几次典型的大型空间结构的中性浮力模拟试验作了介绍。

地月L2点中继星捕获域研究

嫦娥四号中继星“鹊桥”的标称使命轨道为地月L2点附近振幅和方向均确定的halo轨道.在使命轨道外,中继星可以捕获为绕飞地月L2点的其他轨道,仍能够为位于月球背面的着陆器、巡视器提供地月中继通信服务.捕获域可以直观定量地表现中继星在地月L2点附近被捕获的能力与范围.针对地月L2点中继星的捕获域开展了系统研究,从月掩、中继通信、轨道维持控制等方面分析了中继星在地月L2点附近捕获的效果.对地月L2点中继星任务轨道捕获相关的影响因素设计了量化分析方法,并基于实际任务数据对研究内容进行了仿真验证.研究结果表明,相较使命轨道,其他捕获轨道在中继通信服务效果方面有所改变,捕获域内对中继通信的影响可以基于计算结果进行量化区分.地月L2点中继星捕获域分析有助于为后续相关工程任务轨道设计提供技术积累与参考.

基于在轨可维修性的载人航天器配电系统设计

配电系统是载人航天器的电能传输网络,故障严酷度等级高,在故障模式分析的基础上合理设计遥测点及控制点可以实现其在轨维修,这对提高载人航天器的可靠性和寿命具有重要意义。文章以载人航天器配电系统的基本单元为例,从实现可维修的角度对配电系统基本单元拓扑结构的每个环节进行详细设计,包括故障诊断与定位、故障隔离与系统重构、维修流程与安全性设计3个方面,并对其可靠性进行分析。文章提出的维修性设计,能够从系统工程的角度对载人航天器系统设计进行优化,按设计要点提前规划平台资源使用情况,从而实现配电系统维修性与平台资源使用之间的平衡,对载人航天器配电系统可维修性设计具有一定借鉴意义。

日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程,考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量,将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程,设计了一种LQR编队控制方式,该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持,具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真,表明该控制方法能实现编队.

载人航天电子单机在轨维修技术

为提高载人航天电子单机可靠性,提出了适用于在轨维修电子单机的维修性设计方法。通过分析电子单机失效模式,确定了修复性维修的在轨维修策略,建立了内部在轨维修单元(Orbital Replaceable Unit,ORU)的选择流程;依据维修性理论,给出了ORU的维修性分配、预计和评价方法,最后对电子单机在轨维修关键技术进行了总结。运用上述方法和技术研制的电子单机在中国某载人航天器上顺利通过了在轨维修试验,可为中国载人航天电子单机的维修性设计提供技术支撑。

混合推进航天器行星悬浮轨道附近编队构型保持研究

针对库仑力—太阳帆混合推进的航天器在行星悬浮轨道附近编队保持控制问题进行了研究.首先,建立了在行星悬浮轨道附近的航天器编队动力学模型,然后对模型进行线性化处理,推导出航天器编队相对运动方程.设计积分滑模编队飞行控制器,通过调节太阳光压力及星间库仑力对编队构型进行保持控制,具有响应速度快和对系统模型依赖小的特点.数值仿真表明存在扰动的情况下,该控制方法能实现行星悬浮轨道附近编队保持控制.

面向任务需求的在轨维修地面验证方法研究与应用

维修性验证对航天器在轨维修具有重要的作用和意义。从空间站维修性验证任务需求出发,结合验证对象、验证项目、验证环境等方面,对国内外常用维修性验证方法进行比较分析,提出了分步归类的地面验证思路及一种化繁为简的零重力局部环境模拟维修性验证平台,以适应空间站各类大量在轨维修设备的维修全流程验证需求。

晕轨道X射线脉冲星自主导航和轨道维持研究

提出一种利用X射线脉冲星的晕轨道自主导航方法。以高精度星历轨道动力学模型构建晕轨道状态方程,并利用二级微分修正方法获取惯性系下晕轨道的标称轨道。基于微分修正原理,利用X射线脉冲星的导航结果和小推力推进器,对晕轨道探测器进行轨道维持和控制,并以地月系L2点晕轨道为例进行了仿真实验。结果表明,该方法能够有效完成地月系L2点晕轨道探测器的自主导航和轨道维持任务。

空间原子氧对保偏反射镜偏振对比度的影响

选择金属膜层材料Ag和Ta_2O_5、SiO_2、Al_2O_3等多种介质薄膜材料,在石英基底上设计和制备了保偏反射镜,其在810 nm和850 nm波长处的偏振对比度优于10000∶1。结合保偏反射镜所处的轨道环境,进行了原子氧模拟实验,研究了保偏反射镜样品偏振对比度的变化规律。结果表明,随着原子氧剂量的增加,保偏反射镜的偏振对比度呈衰减趋势,且+45°、-45°方向的衰减较水平(H)、垂直(V)方向的更明显。