中国空间科学技术

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航天器柔性太阳电池板在轨热分析与验证

黄洪昌, 李君兰, 王成, 申绪男, 张肖君, 张大卫

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 79-87. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0025

摘要（224）

PDF（pc）（5756KB）（270）

为预测航天器柔性太阳电池板在轨工作温度及分布情况，分析了太阳翼经历的空间外热流环境，计算出柔性基板正背面热流载荷随轨道周期性的变化情况。考虑太阳电池阵最佳工作点状态和开路状态两种典型发电工况，采用有限元方法计算出太阳电池和柔性基板工作温度随轨道周期性变化规律，与空间站温度遥测数据进行了比对，验证模型和计算方法的准确性。重点分析了不同功能区域热物理性能对柔性太阳电池板温度分布的影响，比对分析两种工况的结果，得出太阳电池和基板吸收系数差异将导致在柔性基板的贴片边界处存在较大的温度梯度，也是可能诱发柔性基板发生热变形的主要影响因素。

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月基平方公里阵射电望远镜天线方案设想

刘佳, 万继响, 吴春邦, 王浩, 张乔杉, 郭诠, 张鹏飞, 姜明

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 88-93. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0026

摘要（235）

PDF（pc）（4985KB）（185）

由于地球电离层的吸收或者反射效应、以及地球表面极其拥挤的低频射电干扰源的影响，使得地面天文台对超长波谱段（0.1～30MHz）的射电信号探测极其困难，而已发射的轨道探测器又无法满足高分辨率、高灵敏度的观测需求。提出了一种月基平方公里阵射电望远镜天线方案设想，分别从科学目标分析、技术指标论证、总体技术方案，以及工程实施方案设想等几个方面进行详细的论述，并给出相应的技术路线及实现途径，旨在为中国未来空间超长波射电天文观测领域发展提供有力的技术支持。

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陆地探测四号01星总体设计与技术创新

张庆君, 倪崇, 戴超, 刘立平, 唐治华, 舒卫平

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 1-11. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0001

摘要（738）

PDF（pc）（8217KB）（624）

为了解决低轨SAR卫星对观测区域成像幅宽小、重访时间长的问题，研制了陆地探测四号01星。其是世界首颗高轨SAR卫星，利用地球同步轨道的轨位优势，对同一地点的重访周期由低轨SAR的天级提升为小时级，幅宽由低轨SAR的百千米级提升为千千米级，可为及时、有效实施灾害应急响应提供有力支持。围绕高轨微波成像的新体制，解决了高轨微波成像、超大功率星载微波发射、超大口径星载天线、多体大挠性高精度姿态稳定控制、万瓦级强脉冲高品质电源、载荷与平台一体化高效热管理、高轨星地一体化精密定轨等一系列关键技术，实现了快重访、大幅宽、全天时、全天候的观测能力。通过分析在轨测试数据，卫星获取的高轨SAR图像纹理清晰，质量良好，可满足防灾减灾、国土资源勘查等领域使用需求。

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柔性航天器动力学方程一般形式的工程简化方法

邹元杰, 邓润然, 史纪鑫, 葛东明

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 70-78. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0024

摘要（197）

PDF（pc）（4848KB）（124）

在完备的柔性航天器动力学二阶微分方程一般形式的基础上，提出一般方程的工程简化方法。首先，采用平动集中质量方法对相关积分项进行了简化处理，忽略单元自身转动惯量对总惯量的影响以及板壳单元、梁单元等转角运动的影响，将体积分运算统一转化为节点相关变量与平动质量乘积的求和运算；其次，依据“小变形假设”，对含结构变形参量的方程系数矩阵进行简化，忽略结构振动位移对节点位置矢量的影响，使非线性系数矩阵转化为常系数矩阵。通过简化处理，柔性航天器动力学方程一般形式的所有项均被保留，而其积分项和系数矩阵的计算，在满足工程精度要求的前提下得到大幅简化，便于编程实现和工程实施。提出的工程简化方法主要用于柔性航天器在大范围、复杂运动过程中的动力学仿真分析，后续可以由单体动力学进一步拓展至多体动力学，解决在轨组装航天器、空间机器人/机械臂等空间结构系统的柔性多体动力学问题。数值算例验证了工程简化方法的合理性和有效性。

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大规模高动态星座网络信息同步方法

孔祥磊, 孙弋舒, 吴学友, 高建威, 田志新

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 135-142. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0013

摘要（110）

PDF（pc）（3371KB）（147）

多星完成协同任务规划的关键输入要素是卫星掌握全星座状态信息。面向大规模星座星间拓扑高动态变化、星地任务传输或星间任务传输链路频繁切换，提出一种分布式自主任务规划信息同步方法。通过将星座网络在离散时间域上进行拆分，充分考虑星座网络拓扑的规则性和不可预测性，针对卫星状态具备可预测性和不可预测性，设计星座卫星之间的信息全局透明化交互策略。该策略实现分布式星上自主协同决策，显著降低对地面测控资源的依赖，提升星座自主任务规划的智能性和执行能力。对星间链路频繁断开、重建、卫星故障或新卫星补充导致的星座拓扑变化，该策略具备快速调整能力。仿真校验了理论的有效性。

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具有形态适应性的flasher折纸模型构型设计方法

郑威, 郭策, 马啸飞, 董傲, 张镇

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 143-152. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0014

摘要（160）

PDF（pc）（5551KB）（227）

针对经典flasher折痕折展形式单一、缺乏可调整性和自适应能力差等问题，在经典flasher模型几何关系研究的基础上，通过建立数学模型和理论推导，提出了一种具有形态适应性的flasher折纸模型的折痕设计方法，实现了对flasher折纸模型折叠高度、折叠-展开曲率的调节，并进行了数值仿真和实验测试。结果表明，新的折痕设计方法不但可以缩减flasher模型折叠高度，大大减小相关结构体积，还可以改变模型的折叠-展开曲率，有效提升了flasher折展结构的适应性和灵活性，可适用于大型空间折展机构的构型设计，具有较好的借鉴意义。

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金属多孔阵列结构的毛细性能实验

易天浩, 加欢, 林奕霖, 汪彬, 姜梦怡, 吴静怡, 杨光

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 61-69. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0023

摘要（106）

PDF（pc）（8500KB）（100）

多孔结构中液体的毛细流动性能是决定微重力条件下液体推进剂能否稳定获取的主要因素之一。通过3D打印制备微柱间距范围50~110μm的多层不锈钢多孔阵列结构，借助显微镜对其内部结构和表面形貌进行表征，采用红外热像仪记录HFE7500、无水乙醇和乙二醇等工质在多孔阵列结构内的动态毛细爬升过程，得到了不同液体的毛细爬升曲线，进一步分析得到多孔阵列结构的毛细性能参数。结果表明，在微柱间距50~110μm范围内，随着微柱间距增大，其孔隙率不断增大，毛细爬升速度越快且最终爬升高度越大，微柱间距110μm的最大爬升高度是微柱间距50μm的最大爬升高度的2.34倍左右；对于同一多孔阵列结构，无水乙醇的毛细爬升速度最大，其次分别为HFE7500和乙二醇。多孔阵列结构微柱间距越大，毛细性能因子越大，微柱间距110μm的多孔阵列结构具有最佳的综合毛细性能。本研究为多孔结构气液分离装置的设计提供了参考。

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Microwave power transmission technologies for space solar power station

YANG Bo, SHINOHARA Naoki

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 1-14. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0017

摘要（326）

PDF（pc）（5906KB）（80）

The microwave wireless power transmission technologies for space solar power station are a crucial field in the international space sector, where various countries are competing in its development. This paper surveys the research experiments and development efforts related to space solar power stations and microwave wireless power transmission technologies worldwide. The objective is to assess the progress and current state of this technological foundation, determine the necessary focus for developing high-power microwave wireless power transmission technology, and provide clarity on the direction of future technology development in these areas. Finally, a distributed space solar power station plan that is immediately feasible is proposed.

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星载大口径环形天线的系统设计

冯涛, 张庆君, 林坤阳, 王立朋, 张桥, 杨军刚, 肖勇

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 24-33. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0003

摘要（443）

PDF（pc）（9223KB）（414）

环形可展开天线是星载大口径、超大口径可展开天线的理想结构形式，是高轨遥感、高轨通信卫星应用的关键载荷。星载环形天线是由周边展开桁架和索网系统组成的典型预应力结构，型面精度和展开基频是其主要性能指标。在轨可靠展开是在轨应用的前提，可靠展开是设计的重中之重，以在轨性能指标需求为目标，分析了环形天线各系统参数对在轨性能指标的影响。通过对展开动力系统和传动力系统进行分析，阐述了环形天线各系统参数对展开可靠性的影响，总结了以结构静力学手段评价在轨性能设计和动力学手段评价展开可靠性的方法，明确了通过结构动力学方法进行强度校核和星上锁紧释放设计的星载大口径环形天线系统设计流程，提出了各设计参数的优化策略，并给出了系统设计算例，为未来超大口径星载可展开天线的技术研究和工程研制提供参考。

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轻质量大算力“天算计划”底层数据平台设计与应用

肖舸, 刘艺博

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 33-41. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0020

摘要（179）

PDF（pc）（3115KB）（68）

空间太阳能开发与利用的设想正在逐步成为现实，对于星地能量传输支撑的用能方式，损耗以及对环境的影响不可避免。若能将这些原本会损耗的电能加以利用产生价值，就能有效提升空间太阳能电站电能的利用效率。在太空中建立轻质量、大算力、高效能的数据处理中心，直接使用空间太阳能电站的一部分电能，对来自卫星、地面站等数据源的空间数据进行计算处理的“天算计划”理念应运而生。天算计划的工程实现，必须解决如何在有限硬件资源下提供尽可能高的底层数据能力支撑这一问题，目前少见有效的解决方案。设计了“软超算”平台，基于高性能实时数据库软件NoSQLt，充分发挥其体量小巧、跨平台支持能力强、性能不依赖硬件的特点，直接把数据库作为数据载体，提供高并发、高吞吐的数据支持能力，以软件能力充分发挥硬件算力，从而利用部署在太空中有限的硬件资源实现高效率的数据处理功能。基于NoSQLt的诸多应用案例已经证明了软超算平台的可行性，在普通台式机和树莓派4B硬件平台上，分别实现了530万笔/秒和115万笔/秒的数值型数据的并发吞吐能力，提出了“单位吞吐能力”这一新的数据中心能耗评估指标。通过验证测试证明了NoSQLt数据库在有限硬件资源下的高效性，为将来天算计划的落地应用提供了底层能力保障。

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圆柱形模块化空间太阳能电站建设方案

张树宁, 杨靖宇, 王尔申, 李自森, 徐嵩, 和敬杰, 李辰

中国空间科学技术 2024, 44 (6): 52-63. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0090

摘要（287）

PDF（pc）（6857KB）（223）

考虑现有的空间太阳能电站方案多为概念性设计，综合性能较差，提出了一种高可行性的圆柱形模块化聚光空间太阳能电站（space solar power station via cylindrical modular concentrator array，SSPS-CMCA）工程设计方案。首先，分析了各国学者和组织提出的空间太阳能电站方案，从结构、控制、外形等多角度列出了方案组合表，并归纳出一套针对空间太阳能电站设计的方案标准，再根据该标准提出一种高可行性的工程设计方案。随后详细描述了该方案的结构设计，并分析了各方面性能和1GW模型的系统参数。最后给出了该模型从地面实验到太空组装运行的全流程建设方案。

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空间光学遥感相机伸展支撑机构设计与分析

王庆雷, 陈亚新, 张鑫, 杨路伟, 孙德伟, 黄巧林, 史创, 蔺宇辉

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 94-102. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0027

摘要（138）

PDF（pc）（5170KB）（59）

相机伸展机构展开锁定后需要能够获得并保持足够的刚度及尺寸稳定性，同时针对特定空间光学遥感相机高精度高展收比的需求，设计了一种采用高刚度涡卷弹簧来实现铰链间隙消除及展开后结构高刚度保持的一维空间光学遥感相机高精度高展收比伸展支撑机构。该伸展支撑机构采用涡卷弹簧驱动折展杆来实现机构展开，控速机构控制展开速度，展开后通过铰链定位面定位，涡卷弹簧剩余驱动力和张力索保持刚度。开展了伸展支撑机构的展开动力学分析、模态分析、考虑构件长度误差与铰链回转间隙的展开精度分析、工作环境下的热变形分析。设计完成相机伸展支撑机构，该机构展开基频在20Hz以上，对伸展机构样机进行了地面重复展收精度测量，展开精度优于±0.05mm，伸展支撑机构性能良好，满足空间光学遥感相机特殊任务需求。

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地月空间基础设施体系架构与发展设想

杨孟飞, 彭兢, 李炯卉, 倪彦硕, 朱舜杰, 杜颖, 徐宝碧, 黄晓峰, 张正峰

中国空间科学技术 2024, 44 (3): 1-14. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0034

摘要（1715）

PDF（pc）（7344KB）（1941）

建设地月空间基础设施，为人类在地月空间的活动提供基础性、通用性的通信、导航、监测等服务，既可满足中国后续月球探测国家重大工程任务需求，同时可以加速推进地月空间航天产业发展，对于推动中国科技强国、航天强国建设具有重大的战略意义。在阐明地月空间基础设施概念、分析研判国内外发展现状的基础上，紧密围绕重大工程和航天产业持续性发展需求，提出地月空间基础设施体系架构设想，明确系统服务、系统组成、“云-域-端”网络体系以及内部和用户接口体系。最后以分阶段逐步建成技术先进、布局合理的地月空间基础设施，提供自主开放、安全可靠、长期连续稳定运行的通用化服务为目标，提出发展展望和发展建议，为中国地月空间基础设施发展建设规划提供参考。

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航天微波通信中的无源互调问题及其关键技术

陈翔, 王小丽, 孙冬全, 双龙龙, 胡天存, 崔万照, LEI Wang

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 124-134. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0012

摘要（120）

PDF（pc）（8820KB）（208）

无源互调（Passive Intermodulation，PIM）是大功率多通道微波通信系统中一种常见的干扰现象。PIM干扰对具备收发天线共用体制、高发射功率、高接收灵敏度等特点的航天微波通信有着严重威胁。PIM在航天通信系统中普遍且长期存在，有效解决PIM问题是相关通信载荷顺利研制和在轨安全运行的先决条件。中国下一代空间通信应用中，极高发/收比PIM问题更为复杂多样，PIM干扰控制成为航天工程研制和发展中举足轻重的关键技术。该文从机理、分析预测、检测定位及抑制技术等方面，全面总结了PIM问题的特点及研究现状，探讨了解决PIM问题的关键技术，结合航天应用背景，深入分析了PIM研究重点及关键技术发展趋势，为航天工程中的PIM相关研究和技术应用提供一定的参考。

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基于补偿优化的离轴共轭式聚光优化方法

张彦龙, 李丽芳, 夏舟, 郭朋真

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 15-24. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0018

摘要（181）

PDF（pc）（9112KB）（47）

随着空间太阳能电站的发展，高效能和零遮挡的太阳能聚光器需求不断增加，然而现有技术在焦斑均匀性和像差控制方面仍存在诸多挑战。为了解决这些问题，提出了一种口径为500mm、焦径比为3的离轴共轭式点聚焦太阳能聚光器及其光路优化方法。该聚光器由离轴主镜、共轭镜、平面反射镜和定日跟踪机构四部分组成。离轴主镜提供主要的光学参数，共轭镜用于像差补偿，平面反射镜实现精准定位。通过几何构造方法对反射面的面型进行调整，构建精确的数学模型，并采用光线追迹方法分析光路。针对主要像差构建优化函数，利用点列图和辐照图分析焦斑形状变化规律，并通过调整离轴主镜和共轭镜的反射面面型，有效地减小像差，提高聚光比。在正入射和多角度入射条件下进行了详细的光学仿真，以优化光路设计。在室外-10℃环境下进行的聚光实验证明了该系统的像差补偿效果，光学聚光比超过100，焦点最高温度达到372℃。研究结果表明，离轴共轭式聚光方法通过多层次的优化手段，实现了零遮挡、高聚光比和高精度的聚光效果，在空间太阳能系统中具有显著的应用潜力，为未来的太阳能利用技术提供了新的解决方案。

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真空中温度对柔性环滚动载流摩擦性能的影响

宋晨飞, 王炳辉, 刘自立, 侯欣宾, 张永振

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 25-32. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0019

摘要（202）

PDF（pc）（10899KB）（40）

由内滚道、外滚道和柔性环构成的载流摩擦副是空间旋转电传输机构的导电核心部件。为研究真空温度对柔性环传输性能的影响，在1×10^-3Pa真空、-30℃~120℃温度范围内开展了柔性环滚动载流摩擦磨损试验。随着温度由-30℃增加至120℃，稳态平均摩擦力从3.96N降低到1.48N，预紧力从6.8N下降至5.9N，平均接触电阻和磨损量并无明显变化。微观形貌显示磨痕宽度从47.37μm增加至66.71μm，磨损区域粗糙度从0.45μm下降至0.25μm。材料高温软化引起的摩擦区域挤压变形是磨痕宽化的主要原因，材料软化及其诱导的磨痕宽化导致柔性环预紧力衰退。

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近月空间星座轨道设计方法

陈诗雨, 倪彦硕, 彭兢

中国空间科学技术 2024, 44 (3): 15-29. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0035

摘要（2152）

PDF（pc）（9757KB）（2502）

结合未来月球探测任务对中继通信及月面导航的需求，提出一种近月空间星座轨道构型设计方法。首先梳理了中继通信、月面导航、建设及维护成本三个方面的星座设计指标，并应用层次分析法确定了各项指标的权重，给出综合评价指标；充分考虑近月空间轨道资源，分析各类轨道的性质，初步筛选适合部署星座的轨道类型；提出一种近月空间星座建设路线，分三个阶段逐步实现全月的100%四重覆盖；依次设计三个阶段的星座构型，对每个阶段，比较不同的构型方案，选择综合评价指标最优的构型方案。基于上述方法得到了近月空间星座建设方案：第一阶段部署2颗椭圆冻结轨道卫星，可为月球南极极区提供全时对地中继通信；第二阶段部署6颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星，可为月球南极极区提供全时导航定位，并为全月面提供全时对地通信；第三阶段部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道卫星、3颗远距离逆行轨道卫星，可为全月提供全时导航定位。对全月任一点，该星座的几何精度衰减因子小于5的时间至少占72%，可长时间为全月面提供高精度导航定位。相较于现有文献，该近月空间星座设计方法考虑的轨道类型更丰富，星座性能指标更全面，且创新性地提出了分阶段的近月空间星座建设方案。

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陆地探测四号星载GNSS导航系统设计及在轨效能分析

王振兴, 王煜斌, 毛志毅, 田晓彬, 刘志佳, 黄勇, 邵明学

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 12-23. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0002

摘要（430）

PDF（pc）（8610KB）（214）

陆地探测四号01星（LT4A）是全球首颗地球同步轨道合成孔径雷达业务卫星，依赖星载高轨GNSS导航接收系统实现在轨导航，并首次工程化应用于地面精密定轨任务。对星载高轨GNSS导航接收系统的在轨表现和工程化设计进行分析研究，通过星载BDS和GPS实测漏信号数据，进行了星载观测数据质量评估，并重点研究了利用星载高轨GNSS漏信号进行事后精密定轨的性能。研究结果表明，LT4A星载高轨GNSS导航接收系统可稳定捕获和跟踪BDS B1I和GPS L1频点的导航信号，满足卫星在轨实时和地面事后定轨精度需求。采用星载BDS+GPS联合精密定轨，重叠轨道内符合精度径向优于1.87m，三维优于3.07m；外符合精度径向优于1.81m，三维优于4.71m。针对高轨导航收星特点及卫星应用时效性需求，定轨系统可全流程自动化运行，保证轨道平滑及连续性，控制勒让德高阶误差引入，相关成果可应用于中国后续搭载GNSS接收机的高轨对地观测卫星计划。

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近壁防晃隔板对空间低温推进剂贮箱自增压过程的影响

魏列, 杜王芳, 何发龙, 李凯, 赵建福

中国空间科学技术 2025, 45 (2): 51-60. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0022

摘要（69）

PDF（pc）（5776KB）（37）

空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间，往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发，引起贮箱内压力不断升高（即自增压现象），危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动，大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板，后者可能对贮箱内气液流动与传热产生明显影响。采用VOF方法数值模拟了近壁防晃隔板对贮箱内气液两相流动及其热力学过程的影响，以便揭示防晃隔板对贮箱自增压过程的影响机制。不同重力环境部分充液贮箱内有无近壁隔板情形中液体晃动与热力学特征的数值模拟结果表明:贮箱内液面形貌决定于Bond数，远大于1的Bond数条件下液面基本保持水平，而Bond数小于1时液面会沿贮箱壁面爬升；近壁防晃隔板能够显著减少贮箱内工质质心的波动幅度；当近壁防晃隔板位于液面下方时，能阻碍近壁区液体暖流的上升，使得近壁区的液面温度偏低，自增压速率明显低于无隔板贮箱。最后，基于对近壁防晃隔板尺寸影响的仿真分析和比较，给出了不同重力条件下近壁防晃隔板的推荐结构。研究结果可以为空间贮箱流体管理技术的方案设计提供有价值的参考。

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高轨航天器集群在轨服务智能任务规划方法

郑鑫宇, 曹栋栋, 唐佩佳, 张轶, 彭升人, 周杰, 党朝辉

中国空间科学技术 2025, 45 (1): 34-45. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0004

摘要（339）

PDF（pc）（7312KB）（186）

针对高轨航天器多对多在轨服务任务规划问题，建立了考虑燃料消耗和任务时长两个优化目标的高轨航天器在轨服务任务规划模型，并提出了一种Q学习改进的多目标遗传算法（Q-learning-based Multi-objective Genetic Algorithm , QMGA）。首先，建立了基于四脉冲Lambert转移的多对多目标分配模型，并同时以速度脉冲和任务用时为目标函数，通过将问题解耦为轨道转移优化问题和目标分配优化问题实现了优化变量的降维，简化了计算过程。然后，结合Q学习提出了QMGA算法，采用Q学习在线更新多目标遗传算法的交叉概率与变异概率，提高了算法的寻优能力。最后采用QMGA算法求解模型，并将其计算结果与传统多目标遗传算法计算结果进行对比，发现QMGA算法可以得到更优的任务规划结果，计算得到的总速度增量消耗和总任务时间分别平均比MGA计算得到的结果减少了6.2%和19.7%。这一结果证明强化学习方法可进一步赋能传统智能优化方法，从而提升航天器集群任务能力。

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