基于碰撞概率的交会对接最优碰撞规避机动

发展了一种求解交会对接过程中最优碰撞规避机动的方法,可以在保证碰撞概率降低到安全值的前提下得到最优的避撞机动冲量。这种方法采用机动方向和机动大小分步求解的策略来计算机动冲量。机动方向通过求碰撞概率对于机动冲量的梯度得到,机动大小通过求解一个非线性方程得到。最后,采用这种方法针对交会对接中常用的径向冲量V-ｂａｒ转移轨迹进行了碰撞规避机动计算,计算结果表明本文的方法能够满足交会对接碰撞分析的需求。     

水平冲量多弧段异面轨道交会机动方案的改进

考虑存在误差情况下，对有限推力作用下水平冲量多弧段异面轨道交会方案的改进在文中作了讨论。对水平冲量多弧段交会机动的改进方案推导了线性相对运动方程，然后对非线性相对运动方程做了数值仿真，得到的结论说明此方案是可行的。     

基于任务规划的有限推力燃料最优交会

给出了空间交会冲量机动任务规划及基于该任务规划的有限推力燃料最优交会算法。首先,以双冲量空间交会作为问题的初步模型,采用Battin-Vaughan算法对追踪器初始位置和飞行时间的组合进行遍历计算,通过分析特征速度等值线图,进行空间交会的任务规划,为有限推力燃料最优交会提供重要的初值条件。基于任务规划分析,建立了有限推力燃料最优交会的最优控制模型,根据庞特里亚金极值原理将最优控制问题转化为两点边值问题,采用共轭梯度算法进行数值求解。在变轨时间固定、连续变推力的情况下,以总冲最小、满足终端位置和速度约束为指标,对推力大小和方向进行优化。通过数值仿真,得到了一些重要的结论,为工程应用提供了一定参考价值。     

大范围轨道机动的燃料消耗优化方法

针对航天器大范围轨道交会提出了二冲量燃料最省机动方案的数值寻优算法及多冲量机动方案的啸声境遗传算法.利用共面圆\椭圆轨道间的转移实例对两种算法正确小生境遗传算法.利用共面圆\椭圆轨道间的转移实例对两种算法正确性进行了验证,通过仿真实验,比较了大范围交会轨道机动中不同冲量次数对总燃料消耗的影响,分析得出了非共面轨道交会机动时燃料最省的指导性方案.     

空间交会最终逼近段相对位移估计与控制

对航天器交会对接最终逼近段,应用线性Kalman滤波算法,给出相对位移估计算法;将实际位移对标称位移之差作为控制变量,详细阐述4种相对位移控制方法,即相平面控制法、比例加微分（PD）控制法、常推力加冲量机动法和双冲量机动法,并对其性能进行比较。模拟计算结果表明,相对位移估计精度高,4种控制方法均有效,而双冲量机动法所需的速度增量最小,适合交会对接工程应用。     

航天器再对接撤退策略

在航天器交会对接最终逼近段、相对导航系统或其它系统出现故障、不得不中止逼近过程的情况下,若机动发动机仍能正常工作,应撤退至最终逼近段进入点,排除故障后,进行再对接。撤退方式的选择应全面考虑转移时间、速度增量、轨迹视界角以及可能产生的羽烟污染等因素。将相对运动方程设计的机动方案,代入绝对运动的轨道摄动方程中,验证了计算结果的正确性。     

新型绳系交会对接方案

介绍了绳系系统的三种R-bar和两种V-bar交会对接方案.给出了各方案的实现过程,分析和比较了对接性能及优缺点.研究表明绳系对接方案具灵活、控制精度高等特点,其安全性可获双重保障.     

线性相对运动的正切拦截和正切交会轨道研究

针对冲量方向与追踪器速度方向相同的正切轨道问题,用线性相对运动方程研究了正切于初始轨道和正切于目标轨道的共面轨道拦截和轨道交会问题。得到初始和终端时刻的相对速度向量的解析表达式,定义了两个关于目标真近点角的单变量函数,于是正切拦截和正切交会问题等价于这两个函数分别等于零,最后用割线法求解这两个函数的数值解。根据能量最优要求,考虑初始漂移段,分析了一个周期内的最佳初始正切冲量点。仿真结果校验了本文提出的方法。     

航天器交会两点边界值问题

从绝对运动和相对运动两方面讨论近地空间航天器交会中的两点边界值问题。其中，绝对运动涉及多圈Lambert问题，以Lagrange时间方程为研究工具，而相对运动Lambert问题应用C—W线性解。对圆轨道之间的双冲量转移，给定转移角与转移时间，研究最小变轨速度增量所对应的转移圈数与轨道参数的求解方法，提出满足最小变轨速度增量要求的多圈转移的工程图解法，并从工程应用出发，在飞行时间约束下，按最小速度增量要求，阐述航天器交会两点之间飞行轨道（轨迹）设计方法。这种方法将飞行轨迹划分为初始漂移段、轨道转移段与终端停泊段三部分，应用两点边界值问题的解，选择两次冲量机动时刻，使速度增量之和最小。模拟算例表明，这种方法对航天器交会设计是适用的、有效的。     

基于液相污染模型的航天器交会对接羽流污染研究

航天器交会对接任务一般由主动对接方和被动目标配合完成,交会对接飞行的主动寻的段和分离撤离段均可能出现主动对接方开启反向发动机进行反向紧急制动和撤离的情况,该情况下被动目标可能受到来自主动方反向发动机羽流污染影响。文章利用国际空间站羽流污染计算模型对交会对接任务羽流污染沉积进行了分析计算。     

Why does the total pressure on the subsolar magnetopause differ from the solar wind dynamic pressure?

Based on analysis of MHD equations and the results of numerical simulation in the magneto-sheath it is demonstrated that the total pressure on the magnetopause differs from the solar wind dynamic pressure in the majority of cases. From the equation of motion it follows that the total pressure is reduced due to deflection from the Sun-Earth line. At the same time, it increases because of formation of a magnetic barrier. This result is consistent with experimentally observed expansion of the magnetosphere for the radial direction of the interplanetary magnetic field, when no magnetic barrier is formed. In this paper we compare the behavior of pressure along the Sun-Earth line for the northward and radial interplanetary field, using the results of numerical MHD simulation and observational data from THEMIS. In the isotropic MHD approximation, the difference between the total pressure on the subsolar magnetopause at northern and radial IMFs does not exceed 10–12 percent. However, in the anisotropic approximation this difference increases up to 15–20 percent. The results of anisotropic modeling well agree with observed averaged profiles of pressure components in the subsolar magnetosheath.     

空间拦截防御的射击诸元快速解算算法

针对空间平台发射非制导毁伤单元对近程高速非合作目标进行拦截防御的射击诸元快速解算问题,建立了命中方程,并基于命中方程的一阶解,给出了2种解析算法确定发射时刻、发射速度矢量与提前点坐标之间的函数关系.提出了计算命中时刻、发射速度矢量与发射时刻间函数关系的二分数值方法.最后通过仿真分析了算法的方法误差及适用范围.     

月球卫星轨道摄动及冻结轨道研究

利用理论分析、数值仿真与相图分析,论述了月球卫星冻结轨道与地球卫星冻结轨道的区别,分析结果表明,月球重力场存在较大异常,会引起月球卫星轨道发生较大漂移。月球冻结轨道在田谐项影响下,还存在中等周期的漂移。仅简单考虑带谐项系数,无法求得完美的月球冻结系数。月球重力场异常对绕月卫星的影响与地球相比存在很大区别。月球轨道卫星的长期运行与控制策略的设计,不能按照地球轨道卫星的传统方法。目前使用的月球引力模型精度较差,尽管基于这些不可靠的引力模型,可以得出很多有用结论,但对未来高精度的月球探测任务来说,还存在不足,需要在将来的月球探测任务中,探测高精度的月球重力场,以利于未来月球探测航天系统的任务分析与设计。     

固体导弹发动机药柱长期重力作用下的解析计算

为分析固体导弹发动机在长期重力作用下的位移、应力和应变,用应力函数推导了发动机药柱水平贮存时的弹性和粘弹性解析解,给出了相应的计算公式。根据Burgers模型表征的药柱力学特性,用弹性和粘弹性有限元分析法对发动机药柱进行了数值计算。算例分析表明,解析解与有限元解吻合较好,误差小于1%。     

Trajectory correction maneuver design using an improved B-plane targeting method

A spacecraft for interplanetary mission is usually perturbed by some disturbance sources. The trajectory correction maneuver (TCM) is required to adjust this trajectory error, and the B-plane targeting method is widely used in this field. However, this B-plane targeting method is based on the differential correction algorithm, and a numerical Jacobian matrix is usually used for this algorithm. Therefore, our main goal in this paper is to suggest the improved B-plane targeting method to overcome the disadvantages of the conventional B-plane method which requires a numerical Jacobian matrix for the initial perturbation selection and iterations. For this improvement, an analytical Jacobian matrix is introduced instead of the numerical Jacobian matrix. Then, another B-plane approach that offers an analytical solution is suggested using the target eccentricity instead of the target time of closest approach (TCA). Using a modified Kepler's equation, the previous B-plane targeting approach can be replaced with the new method through the analytical solution.     

多约束下考虑控制饱和的自适应末制导方法

对地攻击飞行器在末制导过程中需满足导引头视场、攻角、落角等多种约束。针对这一问题提出一种多约束下的制导方法。将多约束下的制导问题转化为具有控制饱和的线性系统的镇定问题。针对该问题,利用基于参量Lyapunov方程的低增益反馈设计方法,推导带低增益参数的纵向制导律。借助Lambert W函数,研究闭环系统状态收敛特性与低增益参数的关系,给出低增益参数的自适应整定方法。通过该方法在线调整参数,使各约束条件得到满足。通过数值仿真对提出的制导方法进行校验。仿真结果表明,提出的制导方法满足约束条件且获得较高的制导精度。     

冲击式涡轮内部流动数值研究

利用商业计算流体力学软件Numeca对某冲击式涡轮在不同工况下的内流场进行了定常流动数值模拟,分析了涡轮的气动参数、流量及效率等的变化规律。分析表明,冲击式涡轮内部流场非常复杂,涡轮静子出口马赫数较高,相应的激波损失较大,从而涡轮转子的激波损失也较大,造成气流在靠近尾缘部分分离严重,这是冲击式涡轮追求低出口速度低反力度造成的。计算表明,模拟计算结果与试验结果较为吻合。     

双基地MIMO雷达收发角和径向速度联合估计

在双基地MIMO雷达信号模型基础上,提出一种新的目标收发角和径向速度联合估计方法。该方法首先将三参数估计问题转化为非对称联合对角化问题,然后采用最小二乘循环算法对其求解,估计收发导向矩阵和速度矩阵,最后利用谱分析算法恢复收发角和径向速度。同时采用截断高阶奇异值分解(THOSVD)对数据进行压缩处理,减小运算量。该方法充分利用匹配滤波输出的所有信息,无需二维谱峰搜索,每次循环均可得到精确的闭式解。与基于并行因子(PARAFAC)分析的方法相比,该方法可获得更高的参数估计精度,且三参数自动配对。仿真表明了方法的有效性。     

非线性刚度对微机械陀螺动态性能的影响*

为了提高微机械陀螺的稳定性,研究自由振动状态下活动基座上L-L型双质量微机械陀螺的动态性能,建立微机械陀螺的数学模型,得到以幅值-相位为变量的运动微分方程的解,并给出这种解与轨道元素的联系。研究框架质量和弹性件非线性刚度对陀螺漂移量的影响,并给出数值例子。对所得到的解析关系式与曲线进行分析,作出关于系统性能的相应结论。     

Numerical solution of nonlinear heat problem with moving boundary

Two phase gas–liquid flow in pipes is widely spread in space applications: bubble flows appear in cryogenic components transport through fuel/oxidant supply lines. Another important application is based on the fact that in liquid flows with small bubbles a close contact between the two phases occurs resulting in high rates of transfer between them. The compactness of a system makes it ideally suited to serve as a space-based two-phase bio-reactor which forms an important unit in environmental control and life support system deployed onboard. A numerical method was developed for solving a nonlinear problem of thermal interaction between a spherical gas bubble and surrounding liquid. The system of equations for describing this interaction was formulated. It includes ordinary and nonlinear partial differential equations. The problem was solved using finite-difference technique by dividing the system into spherical layers inside the bubble and employing the new variable which “freezes” the moving boundary of the bubble. A numerical solution is obtained for the problem of radial bubble motion induced by a sudden pressure change in the liquid—a situation which corresponds to the behavior of bubbles beyond a shock wave front when the latter enters a bubble curtain.