增材制造技术在载人航天工程中的应用与展望

近年来,增材制造技术在载人航天工程中的应用迅速发展。对熔融沉积成型技术、激光选区熔化技术、线材电弧增材制造技术、热喷涂增材技术、月壤增材制造技术等用于载人航天工程的增材制造技术及这些技术的应用领域进行了总结。对增材制造技术在在轨制造飞行器替换件、制造大型桁架等难以在地面制造或发射的部件、制造飞行器复杂部件等应用领域进行了总结。提出未来载人航天工程技术的增材制造中应发展适合载人航天工程的材料体系,应研究微重力环境下的增材制造技术,同时未来还应发展相关工艺。

基于模型的载人航天工程需求分析方法

基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)能够提升复杂工程的总体设计能力和设计效率,在工程领域得到了广泛应用,但在载人航天工程领域尚处于起步阶段。在载人航天任务方案论证与方案设计阶段,为了规范基于模型的需求分析与系统设计工作,提出了任务需求分析的初步工作方法和流程。基于MBSE方法论和载人航天工程特点,提出了开展任务需求分析、能力需求分析、系统架构设计、系统需求分析、仿真验证、需求发布6个步骤,并以美国阿尔特弥斯计划为案例,详述了需求分析的流程。为后续开发覆盖载人航天全任务周期的数字化设计和技术管理流程奠定了基础。

载人航天工程数据管理现状研究与启示

当前中国载人航天工程已全面进入空间站阶段,工程各大系统间的数据共享共用、科学与应用数据的推广利用、航天新技术试验与验证,以及重大科技与科学成果转化等现实需求,要求实现载人航天工程数据的长期、安全、可靠、有序、高效的存储与管理,面向工程各大系统用户、科学用户及公众用户提供便捷、安全的数据共享与服务。分析了国际空间站项目和NASA及ESA的数据管理现状,研究了中国载人航天工程数据管理的需求、目标和对象、现状、标准规范制定等内容,并开展了国内外比较与分析,提出了载人航天工程数据管理的启示和方案建议,助力推动工程数据管理工作创新发展。

载人航天能力保障体系建设的主要做法、经验和启示

载人航天工程实施以来,以研制任务为牵引,积极开展能力体系建设,形成了系统总体设计集成能力、关键分系统及有效载荷研制能力、先进制造能力以及基础保障能力等核心能力建设,构建了载人航天能力保障体系。通过梳理载人航天能力保障体系在管理体制、对接需求、资源统筹、综合论证等方面,探讨其自身特色及不足,进一步总结工作经验,完善体系建设,以便针对新任务、新形势、新要求,保障好工程后续研制任务。

航天器入轨状态与偏差传播分析

本文研究了航天器入轨状态和入轨偏差传播问题。推导了火箭熄火时的入轨速度平方比率及速度仰角与主要轨道参数之间的关系,从而分析航天器的入轨状态。建立了航天器转移轨道的偏差传播矩阵,得到入轨偏差对转移轨道的影响。将本文的偏差传播分析方法与传统轨道误差分析方法进行对比以验证本文方法的正确性。最后,通过仿真算例分析了航天器入轨状态和入轨偏差对转移轨道的影响。

航天任务分析与设计工业软件发展战略分析

航天工业设计软件是我国航天事业当前亟需重点攻克的“卡脖子”技术领域。航天任务分析与设计软件是航天任务全寿命周期的关键软件,是航天工业设计软件体系中主根系软件。本文首先对其中最具代表性的软件产品——美国STK的发展历程、主要功能特点进行总结剖析;在此基础上从模型算法创新、软件协作开发和数字化发展趋势等方面概括STK的发展启示;进一步通过该类软件的特点分析,结合探索实践历程,对国产软件替代的可行性进行分析研判;最后提出了我国自主软件的发展思考和对策建议,包含软件研发模式、软件推广与应用、国家政策支持等方面。

基于SysML的载人航天故障模式分析及建模方法

为实现故障模式的高效管理、开展基于模型的可靠性和安全性分析,以载人航天顶层任务设计为背景,对基于SysML的故障模式分析及建模方法进行了研究。首先,基于对象管理组织发布的风险分析与评估建模语言和SysML扩展机制,建立了故障模式分析的基础模型,便于对故障模式及其相关要素、属性定义;然后,将完成载人航天任务视为系统的顶层功能,使用基于活动或功能分解来识别故障模式的方法,实现系统设计与故障模式分析并行;最后,开展故障模式及其影响分析(FMEA),得到全任务剖面的FMEA条目模型和初步风险分析结果,并将相应的逃逸与应急救生对策纳入到FMEA模型中,实现故障模式相关要素的模型化。

载人航天工程的后续目标与航天医学工程的研究方向

以载人航天为任务背景的航天医学工程学科在中国载人航天工程中发挥了重要的作用并得到了迅速发展。在此基础上 ,根据工程后续的 3个目标 :1 )突破航天员出舱活动技术 ,验证航天员的舱外作业能力 ;2 )突破飞船与空间目标飞行器的交会对接技术 ;3)建立一定规模的空间实验室 ,著者提出了航天医学工程研究在航天员选拔训练 ,工程设计的医学、工效学要求与评价 ,航天员医监医保与航天医学研究 ,航天器环境控制与生命保障技术研究 ,出舱活动与交会对接的相关技术研究和训练与试验模拟技术研究等领域的研究方向和重点。

载人航天器热排散方式分析

为优选载人航天器热排散方式,对比分析了空间深冷环境、月面赤道附近清晨和月面赤道附近月午3种热环境下,使用水升华器、辐射器和辐射器+热泵3种热排散方案的效果与系统代价。结果表明:短期任务使用水升华器质量代价较小;热泵可以显著提高辐射器散热能力,且提升效果随太阳高度角上升而增加;但使用热泵能耗较大。因此,需根据任务规模、周期和航天器供电能力对热排散方案的选用进行综合评估。

载人航天工程软件工程化技术标准若干技术探讨

根据载人航天软件系统的新要求、新特点,针对载人航天工程软件工程化技术标准,从工程应用角度探讨软件系统设计、软件系统验证、软件安全性等技术问题,为标准的执行和进一步完善提供参考。

航天人因工程研究进展

航天人因工程是人因工程学在载人航天领域中的应用,秉承"为航天员使用而设计"的理念,系统研究解决航天员、航天器、航天环境之间的关系问题,确保航天员在轨安全、舒适、高效工作。从航天人因工程概念和作用出发,通过系统梳理国际国内航天人因工程研究的发展现状,重点分析了其研究特点及未来发展趋势。结合我国载人航天后续发展对航天人因工程的迫切实际需求,系统梳理了航天人因工程研究技术体系,并从管理与技术研究两个方面,系统论述了我国航天人因工程的研究应迫切开展的工作及后续发展的思路。

载人月球探测轨道设计的挑战与技术发展趋势

轨道设计是载人月球探测工程中的一个重要问题,直接影响工程实施的效果、甚至成败。本文概述了载人月球探测工程中涉及的飞行轨道,指出了轨道设计所面临的三方面挑战,即飞行轨道方案、轨道设计效率、任务全局最优化的挑战;简要介绍了国内外载人月球探测轨道设计的研究进展;提出了当前载人月球探测轨道设计需要重点突破的几个关键技术问题,包括一体化轨道设计与优化、应急任务轨道设计、地月空间任务高鲁棒性轨道设计、月球轨道空间站的轨道设计和地月空间轨道通用设计软件等问题。

航天医学工程学主要研究进展与未来展望

航天医学工程学是随着我国载人航天工程发展而发展起来的综合性应用基础学科,为我国载人航天实现里程碑跨越提供了重要的理论和技术支撑,做出了突出贡献。本文概述了航天医学工程学的发展历程、学科特点,平台体系和近10年来的重要成果,提出了后续发展展望。

载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

针对载人空间站工程对测控通信系统提出的更高测控覆盖率、更高可靠性、长时间连续测控、高数据传输速率、多目标同时测控等需求,提出了采用天地基相融合的测控通信模式,构建以中继卫星系统为主的天基测控通信模式,利用"北斗"卫星导航系统实现自主可控的高精度轨道确定,合理布局和调度地面测控站,提升地面站工程遥测码速率和双目标支持能力,实现减站增效。对天地基测控资源进行一体化考虑,实现按需调度,完成空间站持续高可靠测控通信任务。讨论了测控数传一体化发展思路,建设Ka频段测控站,同时实现测控和高速数据传输。基于IP(互联网协议)开展天地一体化设计,提出了网络化测控的思路。

基于SysML的载人登月可靠性安全性需求分析

为了将可靠性安全性分析融入基于模型的航天任务设计,也必须开展详细的可靠性安全性需求分析.首先,在从需求分解、系统设计的过程中,推导得出各层系统的可靠性安全性需求;结合系统正常需求,在完成系统顶层架构设计的同时,开展功能危害分析、故障树分析等,以验证各层的可靠性安全性需求;依据可靠性安全性需求及对其的验证情况,指导设计故障处置措施,完善系统设计.以美国阿尔忒弥斯载人登月任务设计为例进行了方法验证,为开展基于模型的载人登月系统设计与可靠性安全性一体化分析提供了一种方法.

载人月球探测整体性能提升总体技术

载人月球探测任务需要数千吨运载火箭起飞规模才能将航天员和少量载荷送达月面,实现高效探测难度很大。以提升载人月球探测任务整体性能为目标,在总体层面开展设计理念、设计方法、模型优化和数据修正的系统分析,提出了基于概率的总体设计、船/器/箭一体化设计、基于数字模型的优化设计、基于实测数据修正的总体性能提升等总体技术,结合载人月球探测任务总体设计实践,总结了技术应用效果,指出了后续研究方向,对于提升载人月球探测整体性能、发挥探测效益具有重要支撑作用。

载人月球探测任务初期多视角分层分析方法

针对载人月球探测任务构成系统多、系统交互关系复杂的特点,提出了一种基于模型的多视角分层分析方法。在任务前期(任务概念研究和初步开发阶段),从不同视角对任务层和系统层进行描述,建立任务层和系统层黑盒模型。与基于文档的任务分析方法相比,多视角分层分析方法采用系统建模语言(SysML)对任务进行模型化描述,在任务初期从不同视角对任务和系统进行全面分析。方法采用以模型为中心的思想,支持系统模型快速迭代设计,提高了设计和分析效率。以载人月球探测任务为应用案例,验证了任务内各系统接口匹配情况,并检验了任务逻辑和系统状态设计的正确性。

为实现中华民族伟大复兴的中国梦谱写载人航天新篇章

2013年6月11日至26日,我国成功组织实施天宫一号与神舟十号载人飞行任务,圆满实现了“准确进入轨道,精准操控对接,稳定组合运行,健康在轨驻留,安全顺利返回”的任务目标,标志着我国载人航天工程第二步战略目标取得了重大阶段性胜利. 航天梦是中国梦的重要组成部分.我国载人航天工程的历史发展和成功业绩,是沿着中国特色社会主义道路正确前进的又一光辉印证.党中央、国务院和中央军委始终高度重视、十分关心载人航天工程,对工程建设给予了亲切关怀、倾注了大量心血.

第三届载人航天学术大会征文通知

为进一步推动载人航天工程学术建设，促进载人航天领域学术技术交流，中国载人航天工程办公室拟于2014年10月召开第3届载人航天学术大会。本次会议围绕载人航天发展战略、载人航天工程技术、载人航天空间科学研究与应用、载人航天基础研究、载人航天成果应用及世界载人航天发展前沿技术等专题组织研讨交流。现将研讨会征文有关事项通知如下：

第三届载人航天学术大会征文通知

为进一步推动载人航天工程学术建设，促进载人航天领域学术技术交流，中国载人航天工程办公室拟于2014年10月召开第3届载人航天学术大会。本次会议围绕载人航天发展战略、载人航天工程技术、载人航天空间科学研究与应用、载人航天基础研究、载人航天成果应用及世界载人航天发展前沿技术等专题组织研讨交流。现将研讨会征文有关事项通知如下：