中国空间科学技术

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服务航天器超近程逼近失控目标的建模与控制

靳永强，张庆展，康志宇，唐平

2015 (3): 1. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.001

摘要 ( 1186 )

PDF(981KB) ( 1317 )

为在轨服务任务中实施对失控目标的安全逼近与对接，开展了服务航天器超近程逼近过程的动力学与控制研究。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量，推导了一种新颖的相对轨道误差动力学模型；考虑对接机构安装位置及安装误差，并结合相对姿态动力学模型，建立了逼近过程的相对姿态轨道耦合动力学模型；根据逼近路径约束条件，设计了逼近过程的期望相对位置矢量导引律；基于相对姿态轨道一体化耦合动力学模型，设计了考虑未知有界干扰的自适应时变滑模控制律并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的全局稳定性。仿真结果表明，设计期望相对位置矢量导引律的方法能够实现逼近过程的相对运动构型变化控制，并且所设计的自适应时变滑模控制律具有较高的控制精度。

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采用简单太阳翼指向控制的IGSO星座设计

经姚翔,侯芬,佟金成

2015 (3): 10. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.002

摘要 ( 1022 )

PDF(955KB) ( 1041 )

在对以地球静止轨道（GEO）卫星为基础的全球覆盖通信星座的设计中，提出一种特殊的倾斜地球同步轨道（IGSO）星座，该星座中的卫星可采用与GEO卫星相同的太阳翼对日指向策略，避免了IGSO卫星为实现太阳翼对日指向采用偏航控制而引起的卫星设计复杂性和研制成本的增加。采用网格法对该星座的覆盖特性进行分析计算，结果表明这种IGSO星座可应用于单重覆盖或极区覆盖的任务，而3颗IGSO与3颗GEO卫星共同使用时可实现95%以上的全球通信覆盖率。

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一种基于等长时隙划分双层卫星网络路由算法

张景斌,刘炯,申普兵

2015 (3): 17. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.003

摘要 ( 977 )

PDF(1798KB) ( 1434 )

针对网络拓扑时变和链路频繁切换影响卫星网络路由性能的问题，采用“骨干/接入”和“弱连接”思想，构建双层卫星网络，实现地球静止轨道卫星（GEO与低轨道卫星（LEO）各层的分开管理。在此基础上，通过动态调整极区边界值，进行系统周期的平均划分，提出了适合于双层卫星网络的等长时隙快照和星上分布式路由算法（EquallengthIntervalSnapshotsandOnboardDistributedRoutingAlgorithm，EDRA）。分析和仿真验证表明，这种“骨干/接入”的双层卫星网络架构更加合理，EDRA算法划分的时隙数量仅为时间虚拟化和分层管理的路由算法（VirtualizedTimeandLayeredManagementRoutingAlgorithm，VLRA）的一半，平均时隙长度则为VLRA的3倍以上，减少了路由计算与更新的次数，提高了网络链路利用率，并且端到端时延抖动小，数据丢包率低，更加适合于卫星网络中应用。

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基于粒子群算法的电帆轨迹优化设计

王昱,魏延明,李永,于洋,边炳秀

2015 (3): 26. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.004

摘要 ( 1041 )

PDF(904KB) ( 851 )

电帆是一种利用太阳风动量的新颖的无工质空间推进系统，文章研究了以电帆为对象的行星际转移轨迹优化问题。以地球轨道转移到火星、金星轨道为任务对象，采用连续推力模型，研究极坐标系下最小时间转移轨迹优化设计问题。提出了两种基于粒子群算法(PSO)的直接优化方法，避免对协态变量初值敏感的两点边值问题（TPBVP）求解。方法一是通过打靶法直接离散化控制量输入，将最优控制问题转化为非线性规划参数优化问题，采用PSO算法寻优，获得近似最优的转移轨迹。方法二是针对任何连续控制律曲线都能以一定精度的多项式函数进行曲线拟合的特性，设计逼近最优转移轨迹控制律的多项式函数，通过PSO算法优化多项式函数参数获得逼近最优解的转移轨迹。仿真结果表明采用上述两种方法进行转移轨迹优化设计，具有随机猜测初值、全局收敛、鲁棒性强的特点。

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天基光学同步带目标监视跟踪模式

周美江,朱振才,杨根庆,吴会英,胡海鹰,张晟宇

2015 (3): 35. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.005

摘要 ( 1843 )

PDF(1250KB) ( 1530 )

目前的天基空间目标观测模式多利用自然交会方式，在长时间观测的基础上实现对空间目标的遍历，模式规划中未考虑地气光反照对观测效率的影响。文章基于天基平台太阳同步轨道的特点，在传统自然交会模式的基础上引入姿态协同，新规划了两种同步带目标观测模式。将地气光反照对天基空间目标观测的影响量化为相机的离轴角约束，引入模式规划，得到的观测模式即为不受地气光反照影响的观测模式，具有工程实际应用价值，然后对几种观测模式的观测效率从姿态模式、遍历时长、观测弧长等方面进行了评价。理论分析和仿真结果均表明，区域凝视在对同步带目标编目方面具有明显优势，遍历时间小于1天，姿态模式相对简单，观测弧段相对较长。

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卫星氢镍蓄电池电解液在轨回流特性仿真

周志成,李峰,黄华,徐珩衍,檀立新

2015 (3): 44. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.006

摘要 ( 1085 )

PDF(2221KB) ( 1187 )

氢镍蓄电池电解液在轨流动特性是影响其工作性能和使用寿命的重要因素，对蓄电池设计与优化具有重要意义。针对高轨通信卫星使用的80Ah氢镍蓄电池，建立了电解液流动运动的三维仿真模型，采用计算流体动力学（CFD）数值仿真方法，对氢镍蓄电池单体内的电解液在轨微重力条件下的流动特性和分布特点进行了仿真研究。通过对比分析不同边界条件下的仿真结果，提出了在蓄电池极堆与壳体两端之间增加电解液流动路径可以提高电解液回流速度，并改进卫星氢镍蓄电池在轨工作性能，研究结果可为卫星蓄电池和电源系统设计提供参考。

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载人航天器座舱环境控制系统建模与性能分析

刘炜，陈立平，丁建完，谢刚

2015 (3): 50. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.007

摘要 ( 1169 )

PDF(1119KB) ( 955 )

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便携式舱内超声检漏仪的研制

闫荣鑫,孙伟,李唯丹

2015 (3): 58. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.008

摘要 ( 1359 )

PDF(1034KB) ( 1082 )

针对载人航天器在轨声学检漏的物理过程，以气动声学喷流噪声理论为基础，对气体流过漏孔的声音在舱内传播及信号检测的机理进行了研究，建立了气体泄漏产生的声功率和漏孔的几何尺寸及舱内气压的关系式，发现在毫米级直径的漏孔产生的声信号的中心频率大于20kHz；研究了漏孔产生的声音信号传播的声压同接收方向和距离的关系式，模拟航天器舱内气体向太空泄漏时在舱内检漏的实际工况，进行了不同尺寸漏孔探测距离、探测方位的试验，初步验证了传感器接收到的漏孔声压和传感器法线与漏孔和传感器中心连线角的余弦成正比。完成了在轨检漏仪原理样机的研制，最小可检漏率达到10-1Pa·m3/s量级；定位范围优于20mm，质量小于12kg，功耗小于22W。

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X射线脉冲星导航标称数据库构建

黄良伟，帅平，林晴晴，张新源

2015 (3): 66. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.009

摘要 ( 1168 )

PDF(799KB) ( 1553 )

脉冲星导航数据库是在地面定量验证X射线脉冲星导航关键技术和模拟导航过程必不可少的一部分。然而，目前并无文献针对脉冲星导航进行数据库的专门设计。为此，文章通过搜集现有国际公开的脉冲星数据，构建了脉冲星导航标称数据库。建立了基于品质因子的目标源优选准则，选择了26颗X射线脉冲星作为导航源；分析确立了数据库参数字段的具体组成，包括自转模型参数、延时模型参数、脉冲星到达时间〖BF〗（TOA）〖BFQ〗精度参数与脉冲轮廓参数；对这26颗脉冲星进行了编目；最后给出了标称数据库的接口与应用方式。标称数据库结构与未来星上数据库结构一致，当前服务于地面试验，待观测数据更新后可以升级为星上数据库。

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应用虚拟结构的卫星编队飞行自适应协同控制

黄勇,李小将,杨业伟,李志亮

2015 (3): 75. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.03.010

摘要 ( 948 )

PDF(901KB) ( 731 )

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