2024 Vol. 41(5): 1-10| [摘要](316) | [PDF](207)- 我国应对近地小行星撞击风险和动能撞击偏转研究的若干进展
- 龚自正，宋光明，陈川，张品亮，刘文近，张庆明，龙荣仁
- 近地小行星(NEA)撞击地球是人类长期面临的重大潜在威胁，基于监测预警和风险评估，实施在轨处置是防范化解NEA撞击风险的最佳途径。本文概述了国际近地小行星撞击风险应对的现状与发展趋势，介绍了2020年我国启动应对近地小行星撞击风险工作以来的主要进展。着重从实验、数值仿真和理论建模3个方面介绍了我国在动能撞击偏转在轨处置技术研究的若干进展，展望了我国即将实施的首次近地小行星动能撞击防御演示验证任务，提出了在轨处置体系能力与技术深化研究建议。
- 2024 Vol. 41(5): 11-23
| [摘要](142) | [PDF](196)- 长征六号丙运载火箭特点及技术创新
- 丁秀峰，余延生，陈中强，王文彬，胡存明
- 长征六号丙(LM-6C)运载火箭是长征六号改系列型谱中单芯级两级全液氧煤油火箭，满足太阳同步轨道2 t级运载能力区间发射需求。作为后续新一代长征系列运载火箭的主力构型之一，长征六号丙运载火箭在缩短研制周期，提高飞行可靠性和任务适应性，简化发射场操作，提升火箭性价比和履约能力等方面，进行了技术及研制流程的创新，突破了以两级无尾翼火箭总体构型优化、2.9 m直径大温差泡沫夹层共底、任务适应性强的高可靠数字增压技术、自适应增广控制等为代表的多项关键技术。本文对长征六号丙运载火箭的研制背景及历程、特点及技术创新等进行了综述，并提出了后续发展方向。
- 2024 Vol. 41(5): 24-34
| [摘要](164) | [PDF](125)深空探测专栏- 日地L1近地小行星监测微卫星任务概述
- 泰米尔，罗保睿，安诗宇，朱玥，张冀鹞，张磊，黄家和，韦明川，霍卓玺
- 地基天文望远镜观测近地小行星因逆光而存在视野受限的问题，在类金星轨道或日地L1点进行观测能获得更好的可见范围。本文提出了利用微卫星飞抵日地L1点进行近地小行星监测的任务，描述了任务微卫星的总体设计，详细分析了转移方案轨道设计，给出了载荷设计方案。通过本任务可以验证深空大速度增量电推微卫星总体设计、深空低能转移轨道设计、天文数据高性能在轨处理等多项深空微卫星关键技术，探索低成本深空探测的新模式。
- 2024 Vol. 41(5): 35-43
| [摘要](107) | [PDF](69)- 深空测角测距融合定位光学信息优选方法研究
- 刘璟，朱圣英，崔平远，刘延杰
- 针对深空探测器自主定位问题，提出测角测距融合定位下光学信息的优化选取方法。分析光学测角与导航星测距的特性，建立测角-测距融合定位方案，在此基础上，综合测量几何构型与敏感器测量精度，表征测角信息整体可观度与相对可观度，并建立测角信息评价函数，利用启发式算法实现测角组合的优化选取。数值仿真表明:所设计的光学信息优化选取方法能有效提升导航性能。
- 2024 Vol. 41(5): 44-51
| [摘要](76) | [PDF](53)- 深空探测任务进展与展望
- 张众，武迪，宝音贺西
- 本文全面综述了国际深空探测任务设计的最新进展，涵盖月球探测、大行星探测及小天体探测领域。月球探测方面，介绍了美国Artemis计划、中国探月工程等地月空间战略布局;大行星探测方面，回顾了水星、金星、火星及木星、土星等外行星的探测历史与现状;小天体探测方面，探讨了其技术难点及科学意义，详述了小行星飞越、环绕、采样和撞击等任务。在此基础上，总结了深空探测任务的启示与发展趋势;结合我国深空探测能力与国际行星科学发展，提出相关任务建议与设想，为我国未来深空探测任务设计提供参考。
- 2024 Vol. 41(5): 52-68
| [摘要](208) | [PDF](181)- 土星系探测任务进展与展望
- 杜洋，张祎，段晓闻，于淼，耿志卿，刘彤杰，牛俊坡
- 《2021中国的航天》白皮书表示中国行星探测工程将实施小行星探测、火星采样返回、木星系探测等任务，对于更为远期的行星探测任务尚未有明确规划。土星是太阳系第二大行星，拥有美丽的星环和众多天然卫星，其中土卫二可能存在冰下海洋、土卫六是太阳系第二大天然卫星且是唯一一个拥有浓密大气的卫星，均具有极大的科学研究价值。本文对国外土星探测任务的发展状况进行了调研分析，包括已实施的先驱者11号、旅行者1号、旅行者2号、卡西尼-惠更斯号，以及后续的土卫二轨道-着陆器、土卫二多次飞越探测等。对这些任务的特点及实施土星系探测面临的关键难点进行了归纳总结。最后，提出了土星系探测的总体任务设想，进行了任务分析与初步设计，可作为中国后续行星探测任务规划的参考。
- 2024 Vol. 41(5): 69-78
| [摘要](125) | [PDF](110)- 行星紫外光谱探测载荷技术发展综述
- 余俊，杜洋，张嵬，余越，齐润泽，王伟，王占山
- 行星大气是深空探测、空间天文等领域的重要研究方向，其中紫外谱段是行星大气活动研究中重要的环节。为了获得不同地外行星的紫外光谱信息，国际研究团队近几十年来开展了相关技术研究，并研制了大量科学探测载荷。本文主要综述了行星紫外光谱探测载荷的发展，并分析了紫外核心器件技术发展推进下的紫外光谱载荷技术的发展与迭代，最后给出了我国在行星紫外光谱探测领域可能的发展方向和重点研究方向。
- 2024 Vol. 41(5): 79-89
| [摘要](71) | [PDF](65)- 火星表面起飞上升热控技术研究与分析
- 杨金，刘彤杰，徐亮，盛松，倪浩伟，杜艾，缪洪康，徐涛，王伟，吴志亮，朱虹
- 火星表面起飞上升热控技术是火星取样返回探测的关键技术，涉及探测器在火星表面存储控温、火星表面起飞上升控温及火星在轨飞行控温等，具有温度指标要求高、控温维度大、资源紧张的特点。本文对国内外主要火星车及美国航空航天局(NASA)火星上升器的热控方案进行了调研和总结。分析表明火星表面探测器热控技术根据资源分配情况主要采用2种方式:当热控质量受限不明显时，可采用机械泵驱动流体回路技术配合常规热控措施，对大热耗单机进行热量收集和传输，实现废热的再利用;当热控质量受限严重时，需采用轻量化低功耗的控温措施，可采用复合纳米气凝胶隔热技术配合常规热控措施，高效隔绝火星表面低温对流环境，实现低功耗控温。随后提出了火星表面起飞上升的热控关键技术，主要包括纳米气凝胶隔热技术、火星原位资源隔热技术、机械泵驱动两相流体回路技术、气动热防护技术及热试验模拟技术等，可为后续火星探测提供一定的参考。
- 2024 Vol. 41(5): 90-98, 120
| [摘要](175) | [PDF](113)创新与探索- 运载火箭海上发射测发流程现状及未来发展探析
- 李利群，韩秀利，李成，冯伟，齐永庆
- 海上发射已呈现多型号、高密度、常态化的态势，测试发射流程的精简高效程度，直接影响着海上发射的频次和效能。本文分析了运载火箭海上测试发射流程现状，理清了国内当前典型海上测试发射流程及不同发射样式测试发射流程的区别，最后针对当前测试发射流程的不足，提出了建立行业标准、探索一船多箭新样式、“天基测发”流程等的发展方向建议。
- 2024 Vol. 41(5): 99-103
| [摘要](89) | [PDF](60)- 空间绳网捕获碰撞动力学分析与优化
- 董淼，王宸，朱锦耀，陈金宝，鲁超宇
- 逐年增加的太空碎片以及失效卫星对空间轨道资源的可使用性和可持续性构成了极大威胁。空间绳网捕获作为一种新型高效的太空碎片清除方式，其核心部件——绳网系统的设计与优化是在轨捕获任务圆满完成的重要前提。本文重点关注空间绳网系统与目标物的碰撞过程，基于有限元法和赫兹理论建立空间绳网系统动力学和绳网-目标碰撞动力学模型，利用Abaqus对空间绳网不同构型及参数的捕获碰撞过程进行了仿真分析，借助Design-Expert在网目形状确定的基础上设计了三因素的响应曲面实验，经过多组实验数据的交互响应分析与优化，得到了最优的绳网构型以及参数。经过仿真验证，该绳网系统的最大接触法向力为83.9 N，最大滑移量为14.379 mm，最大弹性应变能为836.4 J，与优化目标量之间的差值均在7%以内。该优化策略减小了绳网捕获碰撞过程的接触法向力与滑移量，能够降低捕获过程中绳网缠绕、撕裂等意外发生的概率，同时保障了足够的弹性应变能以满足能量缓冲的要求，对空间绳网构型及参数设计具有一定的参考价值，可为空间在轨捕获任务提供安全可靠的保障。
- 2024 Vol. 41(5): 104-112
| [摘要](96) | [PDF](66)- 电推进火星捕获能量最优平面轨迹间接法优化
- 李海洋，段晓闻，赵英杰，刘彤杰，陆希
- 电推进行星捕获由于推力小，行星捕获时间将显著增长，具有与化学推进行星捕获完全不同的特性，极大地增加了轨道优化的难度。本文围绕小推力行星捕获段控制问题，以火星探测捕获轨迹优化问题为例，基于双曲轨道参数开展不同性能指标下行星捕获开关机及控制策略研究，使用间接法求解能量最优平面轨迹优化问题得到最优控制策略，并与沿速度方向反向的控制策略进行了比较。结果表明:所提方法实现了对小推力火星捕获的优化设计，捕获后轨道相较于目标轨道的误差较小，轨道安全性能够保证。
- 2024 Vol. 41(5): 113-120
| [摘要](78) | [PDF](49)- 基于状态相关黎卡提方程的集群航天器协同围捕非合作目标最优控制策略
- 程毅，赵坤，吴明帅，尹卓，刘源
- 随着航天技术的大力发展，空间安全日益成为航天领域的焦点问题。空间围捕在轨目标也将由单航天器的追捕向集群航天器协同围捕的趋势发展。本文针对多个航天器协同围捕空间非合作目标的典型场景，提出一种基于状态相关黎卡提方程的集群航天器协同围捕非合作目标的策略与方法。首先，基于航天器非线性相对运动模型，建立空间集群航天器协同围捕非合作目标运动学模型，并据此设计双方的二次型目标函数(相对距离与燃料消耗)，将围捕问题转化成微分对策的纳什均衡问题。其次，通过求解状态黎卡提方程，获取集群航天器对单一非合作目标航天器的最优策略。在此基础上利用零空间投影方法，设计一种与距离相关的基于优先级的任务规划方案，以获得非合作目标航天器面对集群航天器时的逃逸策略，避免其对于集群多个航天器的逃逸策略冲突。最终通过数值仿真结果验证了所提协同围捕策略与方法的有效性。
- 2024 Vol. 41(5): 121-129
| [摘要](69) | [PDF](52)- 基于失效卫星轨道数据的空间环境评估方法
- 杨娟，崔凯，刘朝晖，折文集，杨永清，王锋
- 卫星姿轨控系统失效后，在空间自由漂浮，空间环境的长期影响及其变化将直接在失效卫星的轨道参数的微弱变化中体现。本文研究了失效卫星轨道根数数据用于原位溯源空间环境长周期扰动影响的可行性及方法，基于非均匀采样傅里叶变换手段，实现公开卫星轨道数据的长周期频率特征提取，并与太阳活动相关的空间环境影响周期匹配。通过大数据分析多颗失效卫星公开轨道数据，以卫星轨道倾角为例，识别出太阳活动相关的空间环境对低轨卫星轨道摄动的周期400、89和13.5 d。该方法为失效卫星轨道数据的利用挖掘提供了新思路。
- 2024 Vol. 41(5): 130-135
| [摘要](57) | [PDF](47)- 弱引力下的六足机器人附着与移动控制方法
- 张仕林，张斌斌
- 针对小天体上弱引力带来的脱附难题，研究了适用于小天体星表弱引力环境的六足机器人附着与移动控制方法。建立了足-地接触动力学模型，分析得到六足机器人实现弱引力条件下附着而不脱离、移动而不打滑的力学约束条件。根据六足机器人的机构特点和移动形式，设计了基于三角曲线的平稳步态规划方法，以抑制移动过程中机器人足端所受的冲击效应;建立了基于末端步态偏置的多足协同主动附着方法，保证机器人对小天体星表的稳定附着。最后，通过一个仿真案例，验证了该控制方法的有效性，为弱引力条件下六足机器人的移动探测任务提供了新思路。
- 2024 Vol. 41(5): 136-144, 177
| [摘要](77) | [PDF](58)- 基于神经网络剩余时间估计的导弹-目标动态分配方法
- 苏适，南英，何明勇
- 针对防空导弹动态目标分配问题，设计了一种基于神经网络的剩余飞行时间预测方法，该方法在计算中不仅考虑了弹目相对距离和导弹运动状态，还考虑了敌方目标的运动状态对预测结果的影响，提升了预测精度;结合该方法建立了综合考虑距离优势、角度优势和剩余飞行时间优势的目标分配模型，采用拍卖算法对该模型进行求解，给出整体最优的目标分配方案。仿真结果表明:神经网络模型的测试集预测误差在1 s以内，低于经典算法，拍卖算法的重分配计算用时能够满足系统的实时性要求。
- 2024 Vol. 41(5): 145-152
| [摘要](57) | [PDF](49)专业纵论- 卫星主承力板点阵式结构设计与力学分析
- 张恩祥，张祎贝，徐欣，章琪，徐志明，杨卫民，迟百宏
- 为了达成卫星主承力板在轻量化及刚度性能上的设计要求，并有效降低板载单机的动力学响应，将点阵结构引入卫星承力板的设计当中。首先，介绍了点阵结构的胞元构成，并得出采用点阵结构填充的卫星主承力板，在保持相同外观尺寸的前提下，相较于传统蜂窝夹芯结构板，质量减轻了35%左右，满足了卫星轻量化设计的需求。随后，建立了单个胞元的相对密度、平压刚度、平压强度和剪切刚度的理论数学模型，并通过仿真分析验证了模型的准确性。解释了动力学分析的基本原理和优化方法，并基于模态分析结果，对所设计的主承力结构板进行简谐振动和随机振动响应分析。结果表明:主承力板的结构刚度分布均匀，对激励具有良好的响应，各项动力学性能指标满足要求。
- 2024 Vol. 41(5): 153-161
| [摘要](82) | [PDF](55)- 太阳帆及其姿态控制方法综述
- 张峰，王二亮
- 太阳帆作为一种无须消耗燃料的新型航天器，在深空探测领域具有广阔的应用前景。同时，得益于持续光压力的作用，太阳帆可以运行在传统航天器难以实现的轨道上，从而实现一些独特用途。本文在概述太阳帆的工作原理和应用前景的基础上，重点分析了太阳帆典型姿态控制方法的本质特征和优缺点，调研了国内外太阳帆姿态控制方法的研究现状，分析了典型姿态控制方法用于大型太阳帆姿态控制的局限性，研究了利用太阳帆变形获得姿态控制力矩的可行性和优势，最后提出关于太阳帆姿态控制研究发展的一些认识。
- 2024 Vol. 41(5): 162-170
| [摘要](76) | [PDF](60)- 碳纤维/镁复合材料的显微组织与弯曲性能
- 李雪健，周海涛，孙振明，蒋博，施海龙，胡小石，王晓军
- 为满足极端空天环境对轻质结构材料提出的要求，采用压力渗透法制备了T300、T700和M40碳纤维增强镁基复合材料(Cf/Mg)。研究了不同种类碳纤维对Cf/Mg复合材料界面显微组织和弯曲性能的影响。结果表明:T300/AZ91D和T700/AZ91D复合材料中均存在严重的界面反应产物Al4C3相，使复合材料在低应力下发生脆性断裂。然而，在M40/AZ91D复合材料中，界面处Al4C3相的量显著减少和尺寸显著减小，界面强度相对较高。因此，M40/AZ91D复合材料能够充分发挥出载荷传递效果，最终表现出1 100 MPa的较高弯曲强度。
- 2024 Vol. 41(5): 171-177
| [摘要](60) | [PDF](50)- 知识图谱和大语言模型在航天测控问答系统中的融合应用研究
- 孙岩，周立新，孙连君，叶彬，王国林
- 随着自然语言处理技术的发展，智能化检索与问答系统不断发展，为改善传统知识图谱语义解析能力不足和当前通用大语言模型在垂直领域对知识学习不够深入的问题，提出了融合知识图谱的大语言模型方法，进行了两步优化:首先，利用知识图谱在命名实体识别和关系抽取的基础上，构建大模型提示Prompt模板，进行辅助增强生成，利用图谱中存储的数据提供相关来源;其次，利用低阶适应性微调(LoRA)策略冻结大模型原有参数，增加部分网络参数进行微调训练，优化模型在航天测控领域的知识储备与理解。通过两步改进提高了模型整体在语义解析和知识细节上的理解掌握，结合航天测控领域的相关教材、报告和手册等资料，搭建了知识问答系统，取得了较好的效果，说明了该方法具有一定的应用价值。
- 2024 Vol. 41(5): 178-184
| [摘要](79) | [PDF](57)
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