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2025,42(6):1-17 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.001
Abstract:
大型多任务可组装卫星平台是未来满足多载荷综合观测和高分辨率遥感任务需求的重要途径。本文从卫星总体设计及应用的视角，梳理分析了大型多任务可组装卫星平台为实现多载荷综合承载、载荷高精高稳指向、多基准综合统一等核心能力待解决的关键技术问题，在此基础上，综述并分析了现阶段可组装平台模块化设计、对接机构及组装接口设计、变拓扑组装平台动力学建模、姿态高精高稳与宽频微振动控制、多载荷共基准精密测量与控制、大尺度变边界平台智能热控等技术的研究进展和亟待解决的技术难题。最后，基于阶段性研究成果对大型多任务可组装卫星平台关键技术未来发展进行了展望，以期为我国后续该方向技术发展提供参考。
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2025,42(6):18-25 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.002
Abstract:
卫星姿态机动能力的提升对增强观测效能具有重要意义。针对初末状态角速度为零的大角度快速机动任务中姿态动力学与运动学的强耦合特性，现有研究通常采用角速度轨迹规划与闭环跟踪的双层控制模式。传统三段式轨迹参数(如角加速度、最大角速度)的确定依赖工程经验，存在保守性高、执行机构潜力未充分释放的问题。本文基于飞轮-卫星姿态动力学关系，通过建立飞轮力矩约束，推导了满足所有飞轮力矩不饱和的保守轨迹参数边界;进一步针对绕不同欧拉轴旋转场景下，执行机构输出能力的非对称特性，提出差异化轨迹参数设计方法，在避免飞轮饱和的同时，规划出速度最优的姿态轨迹。数值仿真验证表明:该方法可显著提升执行机构利用率，实现快速稳定的姿态机动控制。
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2025,42(6):26-35 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.003
Abstract:
针对传统深度学习方法在复杂航天任务中存在的特征提取局限及故障诊断精度受限的问题，本文提出一种基于时频表示与Vision Transformer(TFViT)的故障诊断方法。该方法首先将原始信号转换为多通道时频表示图像(TFRs)，以充分保留信号中的时频特征;在此基础上，通过优化TFViT模型的输入层与特征提取模块，进一步提高了模型对时频表示图像中全局依赖关系的捕捉能力，进而实现对不同时频区域特征的深度挖掘。在基于航天器半物理仿真平台构建的实验数据集上，通过系统实验确定了TFViT模型的最优超参数配置。实验结果表明:TFViT模型在故障诊断任务中展现出卓越性能，与多种先进深度学习方法的对比分析，充分验证了所提方法在诊断准确性、鲁棒性方面均具有显著优势。
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2025,42(6):36-47 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.004
Abstract:
针对小行星探测任务，提出一种基于滑模控制的轨迹跟踪小行星软着陆动力下降段燃料最优制导律，并完成设计与数值仿真验证。首先，建立探测器动力学模型与小行星引力场模型;然后，通过凸优化方法完成探测器燃料最优轨迹规划，设计滑模控制轨迹跟踪制导律完成燃料最优轨迹跟踪，末段轨迹采用零控位移偏差/零控速度偏差(ZEM/ZEV)制导律，使探测器尽量垂直着陆于目标位置，保证软着陆安全性。最后，在考虑重力加速度不确定性与探测器初态偏差的条件下进行仿真，验证制导律的鲁棒性。结果表明:该制导律具有精度高、节省燃料、鲁棒性强的优点。
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2025,42(6):48-56 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.005
Abstract:
针对多航天器在轨服务任务中的目标快速筛选需求，现有方法存在计算复杂度高、对轨道参数关联性考虑不足等问题，本文提出一种基于组合变轨策略和代价空间超体积计算的智能筛选方法。该方法结合霍曼转移、异面变轨、调相转移的组合变轨策略快速估计消耗速度增量代价，替代复杂的Lambert转移迭代计算过程，量化评估不同目标组合的轨道转移过程燃耗代价。通过代价空间超体积计算，实现对目标集群整体服务代价的快速估算，高效筛选目标。仿真算例通过与遗传算法进行对比，验证了新方法结果更优，且底层Lambert转移轨迹规划计算过程显著减少，平均减少91%计算量，为在轨服务任务规划提供了快速决策支持。
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2025,42(6):57-65 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.006
Abstract:
针对大型空间桁架结构振动控制中的传感器/作动器布局优化问题，本文提出一种基于网格坐标的改进遗传算法，通过网格坐标二进制编码方式有效解决了节点序列编号与实际空间位置解耦的问题，并结合精英保留策略显著提升了搜索效率。在大型空间桁架结构上的仿真实验验证表明:该方法在提升适应度值的同时加速了收敛过程，表现出优异的搜索效率与稳定性，为大型空间桁架的结构振动控制提供了可靠的技术支撑。
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2025,42(6):66-74 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.007
Abstract:
针对国际月球科研站地月协同、国际联合任务规划问题，提出了地月联合管控任务分级方案，以此方案为基础，实现根据任务分级建立任务模型并进行任务规划的方法。面向国际月球科研站复杂工程系统多任务、多设施管理需求，在对任务等级分类的基础上，分析不同任务场景特点，建立任务模型，确定任务目标与约束，进而制定任务规划方案。以资源运输任务和地质成分探测任务为例进行仿真验证。结果表明:该方法可根据最大化任务收益实现国际月球科研站典型任务的规划编排。
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2025,42(6):75-89 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.008
Abstract:
面向卫星在轨对接任务需求，设计实现一种基于合作目标的低成本空间飞行器组合导航系统。采用基于全球导航卫星系统(GNSS)、惯性导航系统(INS)、激光测距仪、视觉导航相机的松耦合、分段式组合导航方式，支持由远及近全程导航。使用容积卡尔曼滤波(CKF)算法进行多传感器数据融合，提出一种分段式组合导航方式自主切换算法，实现了不同导航方式的自主平滑切换。系统具有低成本、高精度、高可靠性特点。经半物理仿真验证，满足在轨卫星自主交会对接及在轨服务的要求。
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2025,42(6):90-98 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.009
Abstract:
针对多航天器抵近观测任务，考虑时间约束并优化能量消耗，基于双脉冲多圈Lambert交会原理，内层优化采用粒子群(PSO)算法，针对单航天器抵近观测任务设计时间分配;外层优化采用遗传算法(GA)，针对多航天器设计任务顺序优化，开展嵌套双层优化设计研究。仿真验证结果表明:通过合理优化单航天器脉冲机动时间及多航天器任务顺序，可有效降低执行抵近观测任务的机动能量消耗。
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2025,42(6):99-105 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.010
Abstract:
折纸是指用完整的纸张，不加以裁剪，塑造各种空间造型的过程，具有易制造、易组装、大折展比、构型多样等优点，在空间折展机构领域具有广泛的应用前景，为航天器搭载更多有效载荷，满足更为复杂的任务需求提供了可能。本文重点聚焦主要折叠构型的几何特征与实现方式，回顾了基于折纸的空间折展机构的研究现状及其在航天领域的应用。针对空间折展机构的未来发展趋势，阐述了厚板折纸的特点、进展、应用现状与发展方向，进而展望了形状记忆聚合物在基于折纸的空间折展机构的应用，旨在为未来大型空间折展机构的研究和应用提供借鉴与参考。
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2025,42(6):106-113 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.011
Abstract:
为了降低启停过程中航天器太阳电池阵等挠性附件转动部件的扭矩载荷，对驱动器作动的时序进行了优化设计，用解析方法求得了一阶扭振占主导的电池阵最优启停角速度函数，发现在相同启停时间条件下最优角速度时序并非光滑和连续函数，而是阶跃与匀加速过程的组合。采用几何相似、频率接近的电池阵实验模型测试结果表明:以最优时序启动电池阵能显著降低其根部的最大扭矩，相对于匀加速过程可降低50%。
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2025,42(6):114-120 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.012
Abstract:
空间对接机构用于航天器的在轨对接，是空间站在轨构建的重要器件。航天器对接后，对接机构形成组合体。对接组合体在空间站进行对接、分离等动作的过程中会承受恒定的或交变的载荷以及环境温度的变化。对接锁是保证空间站组合体连接强度和密封性的关键器件。为了保证空间站在设计寿命期限内安全运行，需在对空间站组合体对接锁的寿命做出准确、可靠的评估。本文在失效机理不变的前提下基于加速性能退化试验，以温度应力作为载荷、对接锁张力为退化量，进行步进应力加载，通过试验数据计算不同温度应力下的伪寿命，并以对数正态分布拟合了中位伪寿命和温度的关系，通过K-S检验验证了空间站对接锁伪寿命服从对数正态分布，后预估了满足失效阈值为14 kN的情况下对接锁的中位伪寿命。
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2025,42(6):121-126 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.013
Abstract:
针对交会对接用锁紧机构在轨工作15年需求，提出了基于温度的加速寿命衰退模型，并设计具体加速寿命试验方案进行寿命评估。通过3组锁紧机构分别在5种温度下的锁紧力衰减实测数据，求解出加速寿命退化方程，进而预测锁紧机构在轨工作期间锁紧力衰减情况。结果表明:热试验能够有效加速锁紧机构寿命衰退进程，在热控包覆层内25 ℃环境下，初始锁紧力为37.000 kN，工作15年后衰减2.923 kN，基于零件材料的数学模型直接计算值为2.831 kN，2种寿命分析方法均表明锁紧机构锁紧力能够满足在轨环境寿命要求。该研究可为我国空间站长期可靠在轨运行的机构类产品寿命评估提供参考。
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2025,42(6):127-136 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.014
Abstract:
穿透器侵彻探测是小行星探测的重要方式之一，可用于星体内部结构和物质组成分析。为研究低速状态下穿透器弹头尖拱曲径比ψ和初始速度v对星壤侵彻特性的影响规律，本文建立了穿透器-星壤侵彻有限元分析(FEA)模型，通过地面试验验证了模型的准确性。针对穿透器不同工况，分别在3种不同密实度的模拟星壤中进行侵彻过程仿真分析，探讨了侵彻深度z和峰值加速度amax的变化规律。采用多目标粒子群优化方法得到了穿透器结构最优参数和侵彻速度。优化结果表明:不同密实度的模拟星壤条件下穿透器最优尖拱曲径比ψ均为1.5，最优初始速度v分别范围为15.2~16.8 m/s。研究可为星表低速侵彻探测任务中的穿透器结构设计、初始侵彻条件设置提供参考。
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2025,42(6):137-145 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.015
Abstract:
本文基于有限体积法对FIRE-II返回舱的再入过程进行计算，采用Park两温度热化学非平衡反应模型，分析不同组分数(7组分、11组分)的化学反应动力学模型对返回舱绕流流场和返回舱背风面光辐射强度计算结果的影响。结果表明:在高度H为67 km、飞行Ma为37.2的条件下，尾迹流场存在显著的热化学非平衡效应，采用11组分反应模型计算得到的尾迹流场中存在大量的N+、O+离子。7组分反应模型由于不考虑N+、O+、N2+、O2+等离子，极大低估了绕流流场的电离程度，使得计算得到的流场自由电子数量远低于11组分反应模型的结果。同时，7组分反应模型还会低估尾迹流场的平动温度，使得7组分反应模型计算得到的返回舱背风面光辐射强度显著低于11组分反应模型的计算结果。
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2025,42(6):146-155 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.016
Abstract:
当前大规模星座建设已成为卫星领域的重要发展方向，卫星生产模式正向多品种、变批量、低成本生产转变。针对卫星批量化生产中跨企业协同、工艺快速设计、高效装配、生产过程实时管控等需求，在分析卫星柔性总装生产线工作流程基础上，提出了云-网-边-端协同的生产线总体架构，研究了知识驱动的总装工艺快速设计、模型驱动的人机协同装配与检测、基于物联网的生产线状态实时感知、基于数字孪生的生产线管控与预测等关键技术，并结合实例介绍了生产线建设和应用情况。通过该生产线应用，有效提高了卫星批量化生产效率，典型型号卫星总装测试周期缩短约70%。
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2025,42(6):156-162 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.017
Abstract:
全球首个静止轨道微波气象卫星搭载5 m口径的大型反射面天线，能够实现对气象关键要素的高频次三维立体监测。在轨条件下，该天线各部件6自由度(6-DOF)随机扰动会造成天线最大增益方向改变，进而影响高精度导航配准的实现，且传统仿真无法实现高效预测。针对该问题，本文提出一种基于深度学习的多反射面天线最大增益方向预测方法。通过构建深度学习模型，将天线各反射面的6-DOF扰动、最大增益方向分别作为模型输入和输出，并引入基于权重的剪枝策略和量化技术，确保模型的高效运行。结果表明:所设计的深度学习模型能够有效实现星载天线的最大增益方向预测，在保持预测误差小于1.5×10-3的同时，预测速度提高至仿真方法的3.5×105倍。
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2025,42(6):163-169 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.018
Abstract:
采用激光熔化沉积(LMD)技术成形了TC11钛合金，利用微观组织表征和力学性能测试等手段，研究了搭接对LMD-TC11钛合金微观组织和性能的影响。结果表明:LMD-TC11钛合金搭接界面处微观组织主要由魏氏组织和网篮组织组成，与母体组织相似，但靠近界面处的母体组织中存在外延生长的晶粒。通过与母体试样力学性能对比，搭接工艺未降低LMD-TC11钛合金的力学性能，且搭接-45°试样的力学性能显著高于母体-90°试样的力学性能。拉伸断口结果表明:LMD-TC11钛合金的断裂模式主要为沿晶断裂，其原因主要与沿晶界连续分布的α相有关。
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2025,42(6):170-178 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.019
Abstract:
随着应用场景的拓展，高性能锂离子电池，尤其是在极端温度条件下能够稳定运行的锂离子电池的开发变得尤为迫切。然而，目前的锂离子电池在极端温度条件下，特别是高温条件下(≥45 ℃)的电化学性能及循环稳定性仍不理想，极大地限制了其在特种装备、航空航天等关键领域的应用。本文首先讨论锂离子电池在高温条件下运行所面临的主要问题;随后，从锂盐的选择、溶剂化结构的设计、添加剂的使用等角度对电解液改性方法进行详细总结;最后，对未来高温锂离子电池电解液的研究和发展方向进行了展望。总体而言，本文可为未来高温锂离子电池电解液的设计与开发提供参考，进一步为高温锂离子电池技术的进步及产品的研制发挥积极作用。
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2025,42(6):179-183 ,DOI: 10.19328/j.cnki.2096-8655.2025.06.020
Abstract:
通过温和的液相反应工艺，成功制备出新型MnO2/碳骨架复合正极材料，并与LiSi负极、LiNO3-KNO3电解质体系组装单体热电池。利用热重分析(TG)、X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段分析活性材料的热稳定性、物相组成和表面形貌等。测试结果表明:MnO2/碳骨架复合正极材料为纳米级团簇状形貌，分散性能良好，具有良好的结晶性能;同时碳骨架基底可有效增强MnO2材料的导电性能。在温度为300 ℃，电流密度为30 mA/cm2时，单体电池的放电起始电压可达3.34 V，放电电压平稳;当截止电压为1.8 V时，MnO2/碳骨架复合正极材料的放电比容量可达903 mAh/g，具有优异的电化学性能。
