2021 Vol. 38(2): 1-13| [摘要](60) | [PDF](35)导航与姿轨控制专栏- 考虑姿轨耦合的航天器高精度实时导航定轨方法
- 杨盛庆，陈桦，徐炜莉，刘美师，王禹，钟超
- 针对近地轨道航天器及其全球导航卫星系统(GNSS)测量数据驱动的实时导航定轨方法，使用轨道动力学原理解析了由GNSS天线安装位置与航天器质心偏差造成的定轨误差。基于航天器在轨的刚体运动特性和对地姿态特征，提出针对安装关系对应的相对速度修正项。使用姿轨耦合的分析方法，明确了基于航天器质心轨道积分和天线测量点位速修正的GNSS测量信息模拟。结合扩展卡尔曼滤波(EKF)形式的实时导航算法，分析了安装关系造成的定轨系统误差。围绕半长轴确定误差的长期变化规律，仿真证明了GNSS测量数据的位速修正在高精度实时导航定轨过程中的必要性。
- 2021 Vol. 38(2): 14-21
| [摘要](38) | [PDF](22)- 单滑块与飞轮协同姿态控制卫星运动分析
- 钱首元，高长生，荆武兴
- 为了明确单滑块变质心卫星的控制机理，建立了包含单滑块与3个飞轮在内的7自由度卫星姿态动力学模型。在此基础上，分析讨论了其运动特性以及动力学系统的特点，采用最小二乘方法反向求解出滑块运动对卫星姿态的影响，为控制器根据姿态机动指令计算滑块需求运动距离，提供了一种工程上可行的方法。最后对比变质心机构与飞轮的协同控制与单独采用飞轮控制两种控制方案的效果，突出了变质心机构与飞轮协同控制的优越性。仿真结果表明:单滑块变质心卫星在卫星姿态机动过程中能快速响应。本文为单滑块变质心卫星的工程实践，提供了一些理论参考。
- 2021 Vol. 38(2): 22-29
| [摘要](32) | [PDF](15)- 四维黎曼时空下脉冲星导航模型精度分析
- 姜宇，陈晓，王龙奇，金晶，马家辰
- 考虑深空探测中广义相对论的影响，以适应纳秒量级的计时精度要求，本文针对航天器绕飞轨道，建立四维黎曼时空下带有时间转换项的脉冲星导航系统轨道动力学模型和四维观测模型，并基于无迹卡尔曼滤波方法设计脉冲星导航算法，针对模型中的时延项对导航精度的影响进行分析。分析结果表明:在时间转换模型中引力时延、航天器偏轨时延以及绕飞行星曲率时延等因素远大于航天器曲率时延对导航精度的影响，在量测模型中太阳系的引力远大于周年视差效应和脉冲星自行对导航精度的影响。
- 2021 Vol. 38(2): 30-36
| [摘要](27) | [PDF](12)- FY-3(05)星主动对月定标控制技术研究
- 王金华，薄煜明，高旭东，尹海宁
- 月球是低轨气象卫星载荷进行外定标的一个理想目标，不同载荷通过观测月球可以建立统一的参考基准，提高相互之间的数据匹配性。对于低轨卫星，月球一般每月一次进入载荷的视场，但停留时间只有几秒钟。为进一步提高对月定标的观测时长，积累更多的观测数据，本文针对低轨偏置动量卫星提出了一种主动对月定标控制方案，通过卫星平台的姿态控制，使月球在载荷视场中停留30 min以上。仿真结果表明:对月定标过程中卫星姿态控制精度满足指标要求，具备工程应用条件。
- 2021 Vol. 38(2): 37-44
| [摘要](48) | [PDF](14)- 基于改进ORB的月面着陆视觉导航的配准方法
- 胡涛，贺亮，夏永江
- 月球探测器在下降着陆过程中探测到的月面图像灰度均匀，缺少纹理信息，而视觉辅助导航采用传统ORB算法对灰度均匀的月面图像检测出的特征点数量较少，容易出现团簇现象，因此提出一种基于改进ORB算法的图像特征提取与匹配算法。首先对月面图像构建金字塔尺度空间模型，设置自适应阈值并构建掩膜逐一分块检测特征点;然后采用非极大值抑制使特征点分布均匀，消除聚集现象再进行特征匹配;最后结合渐进一致采样算法剔除误匹配，并计算下降序列图像间的位置变换关系。实验结果表明:该方法对于存在大尺度、旋转变化情况下的月面图像，在匹配精度方面比ORB提高10%~13%，在月面着陆视觉导航应用方面具有较好的适用性。
- 2021 Vol. 38(2): 45-51
| [摘要](27) | [PDF](14)- 基于特征模型的力矩受限卫星姿态抗饱和设计
- 郭瑞科，胡军，李毛毛，张涛
- 针对存在控制力矩饱和约束的卫星姿态跟踪控制问题，提出将黄金分割控制器和基于线性矩阵不等式(LMI)抗饱和设计相结合的控制方法。采用黄金分割控制器作为标称控制器，同时使用特征模型取代原被控对象求解抗饱和补偿器，给出求解抗饱和补偿器凸约束的LMI条件，解决了由于控制输入饱和引起的控制性能下降或系统不稳定问题。通过引入二阶差分方程形式的特征模型，常规基于线性LMI抗饱和设计方法可以扩展到解决一类非线性系统的饱和控制问题中。数值仿真验证了所提出方法对控制力矩受限卫星姿态跟踪控制的有效性和鲁棒性。
- 2021 Vol. 38(2): 52-57
| [摘要](23) | [PDF](15)- 高轨飞行器主动段双向测控陆基导航方案
- 孙立达，叶翔，温渊，刘伟，张丹丹
- 高轨飞行器主动段飞行过程中，倒置GPS导航等传统陆基导航方案存在资源需求高、导航精度差等问题。研究了地天地双向测控(TT&C)陆基导航方案和天地天双向测控陆基导航方案，建立了时序分析模型，阐述了天地天双向测控陆基导航方案的定位数据使用延迟约为地天地双向测控陆基导航方案的1/2。通过理论分析推导和仿真验证，对比了不同陆基导航方案的资源需求、导航精度及位置速度准确度。结果表明:双向测控陆基导航方案相比传统陆基导航方案对地面站资源需求少，导航精度高，且天地天双向测控陆基导航方案的位置速度准确度更高。
- 2021 Vol. 38(2): 58-65
| [摘要](24) | [PDF](18)- 基于遥感图像的无固定标志点卫星自主定轨
- 高有涛，刘靖雨，王兆龙，李木子，孙俊
- 目前基于事先选取地面标志点的卫星自主导航可能会造成误匹配和漏匹配，并且不包含地标点的遥感图像也有可能存在导航信息。为了解决这两个问题，本文提出了一种不依赖事先标定地面标志点的自主导航方法，通过YOLOv3深度学习对获得的遥感图像进行目标识别缩小图像匹配区域，将识别后的目标区域进行图像匹配获得匹配特征点及其像平面坐标，最后利用成像模型计算特征点的地理坐标用于自主导航。仿真结果表明:本文方法相比于有控点精度更高，平均误差为31.943 8 m，平均速度误差为0.038 4 m/s。在引入测角信息与本文所提出的无地面标志点构成多源信息情况下，可以较为快速准确地实现航天器自主定轨。
- 2021 Vol. 38(2): 66-75
| [摘要](21) | [PDF](12)创新与探索- 月球探测任务测控系统总体设计技术研究
- 李赞，李海涛，张哲，樊敏，徐得珍，辛晓生
- 我国的探月工程采用“绕、落、回”三步走发展战略，测控系统作为工程五大系统之一，通过探月工程建成了全球布站的深空测控网和18 m测控网，并圆满完成了历次任务对探测器的测控，在任务分析与设计、测定轨和链路设计等方面积累了大量实战经验。本文以嫦娥四号中继星和探测器两次发射任务为例，系统梳理了我国深空测控网和18 m测控网现状;根据任务需求，从测控覆盖、链路性能、测定轨精度和日凌影响等方面对测控任务实施能力进行了详细分析。以此为基础，对多目标测控、轨道测量和日凌期间的测控方案进行了系统设计。通过对任务期间获取的实测数据进行全面分析，总结了测控实施情况，并对后续工作提出了建议，以期为我国后续月球和深空探测测控通信任务设计提供借鉴。
- 2021 Vol. 38(2): 76-86
| [摘要](32) | [PDF](22)- 基于多级铝蜂窝缓冲器的新型着陆器性能分析
- 贾山，钱佳程，陈金宝，周金华，徐雅男，张胜，肖赟辰，陈姮
- 在未来可行走探月着陆器的总体设计中，如何降低着陆过程中的冲击载荷，实现柔顺落震以保护本体结构和有效载荷的安全，是一项重要内容。本文基于所设计的可行走着陆器整机构型对缓冲驱动一体化缓冲器优化分析。首先，对3种不同规格的铝蜂窝材料分别进行静压力试验，利用试验数据和蜂窝有效吸能模型对多级铝蜂窝的搭配方式进行优化;然后，采用Ansys/Ls-dyna对优化后的三级铝蜂窝进行仿真和试验验证，与传统的两种铝蜂窝材料的缓冲器相比具有一定的柔顺性和安全性;最后，利用Adams软件进行整机仿真验证。验证结果显示:着陆器本体质心过载曲线平滑柔顺，可为我们后续开展的载人登月、月表基地建设等工程实施提供技术支撑。
- 2021 Vol. 38(2): 87-97
| [摘要](24) | [PDF](16)- 400 kW空间堆布雷顿循环系统运行特性分析
- 辛杰，卢瑞博，方华伟，易经纬，赵富龙，谭思超
- 针对百千瓦级大功率航天任务需求，基于Simulink平台开展空间核反应堆直接布雷顿循环系统特性分析研究。根据直接布雷顿循环反应堆系统设计方案，通过对系统中各个关键设备的模块化建模，开发反应堆系统一维系统分析程序，实现了反应堆系统稳态及动态响应特性分析。重点分析了稳态特性、阶跃引入反应性、反应堆升功率和持续步进引入反应性等瞬态工况下的动态特性。相关模拟结果能够为未来大功率空间反应堆运行及安全特性分析提供支撑。
- 2021 Vol. 38(2): 98-105
| [摘要](28) | [PDF](12)- 空间用液态金属传热式斯特林发电机换热结构研究
- 刘凯旋，余国瑶，解家春，赵爱虎，吕征
- 随着对太空的探索逐渐深入，核动力电源的优势日益凸显。针对空间核动力电源中的斯特林循环，本文设计1台10 kW的空间用液态钠钾传热式斯特林发电机组，发电机的高温端钠钾换热流道采用直肋式结构，并对换热结构进行优化研究。首先对斯特林发电机的热力学性能进行计算，在此基础上开展斯特林发电机组高温端换热器换热性能分析，得出72流道能较好满足换热要求;然后对换热结构进行应力应变分析，根据分析结果对换热结构的耐压壳体和钠钾流道管壁进行优化研究，使换热器各部件在工作状态下结构应力均低于材料屈服强度。
- 2021 Vol. 38(2): 106-112
| [摘要](29) | [PDF](14)- 毫米波SAR DBF-SCORE成像算法及系统级验证
- 吴思利，王辉
- 分辨率和幅宽是成像雷达的核心指标。面向当今高分宽幅的任务趋势，基于毫米波的多通道合成-扫描接收体制是实现宽幅数据获取的有效技术途径，具有实践价值。除了单一通道成像的基本策略之外，机载多通道成像不但要完成运动补偿，还需要根据实际回波特性实现多通道数据的有效校正与合成。本文针对Ka毫米波多通道系统的实测数据进行了具有较高稳健性的多通道合成成像处理，实现了良好的聚焦效果与全幅宽信噪比提升，为未来多通道雷达成像系统的大范围应用乃至在轨实时合成成像提供了一定的参考。
- 2021 Vol. 38(2): 113-118
| [摘要](23) | [PDF](13)- 应用LoRa通信协议的松散式有界星群构型设计
- 张晓杰，张璇，朱野，赵灵峰
- 针对卫星星群项目高规模化、低成本、低功耗的特性需求，提出一种基于地面新兴物联网协议——LoRa(Long Rang)协议的松散式、低成本、大容量的空间自组织星群系统。该系统由1颗主星和多颗子星构成，每颗子星分别运行于以主星为中心、特定距离为半径的独立球形壳体层中，每颗子星与主星具有双向通信，子星与子星间无通信需求，实现分布式空间传感器网络(SW)的功能，能够自主、协调地完成空间高精度观测任务和数据采集任务。该星群系统设计成本低，在轨构型维持简单，功耗低，其壳层式有界构型的设计方法及维持方式，适用其他任何无特殊队形要求的松散式有界星群系统中，具有广泛的应用价值。
- 2021 Vol. 38(2): 119-124
| [摘要](20) | [PDF](10)专业纵论- 月面环境下谐波减速器固液复合润滑寿命试验研究
- 郑宗勇，张智芳，方蒙生，王长亮，张崇峰，王治易
- 本文对谐波减速器的失效机理和寿命影响因素进行了专门的研究分析。通过改进谐波减速器的润滑方式，开展了固液复合润滑特性分析和月面环境适应性分析，并对固液复合润滑谐波减速器进行了寿命试验验证。该固液复合润滑谐波减速器通过了在轨月面考核验证，为确定月面巡视器各活动机构谐波减速器的润滑技术状态提供了理论和试验依据，也为后续其他航天器的润滑技术状态提供了一条新的设计思路。
- 2021 Vol. 38(2): 125-130
| [摘要](24) | [PDF](11)- 低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展
- 许浩，容易，季伟，崔晨，王夕，陈士强，陈六彪，王俊杰
- 低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一，能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用。该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路，主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置。为了梳理CPCF核心部件的关键技术，首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交叉输送管路存在的难点问题进行了归纳总结，主要涉及管路的低温密封、低温推进剂管理以及管路连接分离;最后借鉴相近领域的技术为CPCF技术的研制提供参考。本文对将来CPCF技术的应用具有一定的指导意义。
- 2021 Vol. 38(2): 131-136
| [摘要](39) | [PDF](17)- StarLink星座对空间安全态势的影响
- 田鑫，崔文，张炜，王丽洁，罗朗
- 针对StarLink星座部署后带来的空间安全问题，对StarLink星座构型仿真，利用碰撞概率的算法，从碰撞风险的角度分析了StarLink星座部署后对其他卫星在轨安全的影响。结果表明:StarLink星座部署对低轨航天器将带来较大的碰撞风险，碰撞风险比部署前提升一个量级，对535~555 km空间区域的航天器影响尤为突出，一旦产生碰撞碎片将带来更大的碰撞风险。通过分析提出了警示，并针对大型卫星星座带来的碰撞危险提供了应对建议。
- 2021 Vol. 38(2): 137-143
| [摘要](23) | [PDF](16)- 一种高效率星载电源无线能量传输系统
- 陈强，张俊亭，陶建秋，费春梅，周肖楠，卫倩
- 无接触感应电能传输技术作为一种新型的电能传输技术，具有供电安全、方便灵活的优点。本文针对磁耦合谐振式无线能量传输技术进行研究，提出一种适用于星载电源的采用串联补偿拓扑的无线能量传输系统，具体介绍功率控制和转换电路及松耦合变压器的设计;设计了一种高效率无线能量转换电路，通过建立一个220 W原理样机对系统进行验证，实际测量在10 cm左右的传输距离，无线供电效率可达82%。该研究对卫星电源无线供能技术具有一定的参考意义。
- 2021 Vol. 38(2): 144-148
| [摘要](23) | [PDF](14)- 搅拌摩擦加工调控镁合金组织与耐腐蚀性能的发展现状与趋势
- 龙飞，陈高强，刘瞿，张弓，张华，史清宇
- 近年来，航空航天领域轻量化进程发展迅速，镁合金在其中扮演着越来越重要的角色。然而，镁合金耐腐蚀性不佳的特点制约了镁合金的应用范围。本文综述了搅拌摩擦加工技术调控含第二相镁合金耐腐蚀性能的研究现状，从动态再结晶和加速第二相破碎、固溶两个角度，论述了搅拌摩擦加工调控镁合金组织的基本原理，并分析了搅拌摩擦加工改善含粗大第二相镁合金耐腐蚀性的原因，为改善含粗大第二相镁合金的耐蚀性提供了技术途径和研究方向。
- 2021 Vol. 38(2): 149-156
| [摘要](27) | [PDF](14)
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