中国空间科学技术

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椭圆轨道非合作目标交会接近策略与控制

徐李佳, 胡勇

2015 (6): 1. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.001

摘要 ( 773 )

PDF(6937KB) ( 542 )

文章研究了追踪航天器与失控旋转非合作目标航天器在椭圆轨道中的交会接近策略与控制。在接近策略方面，首先，根据目标航天器大致结构设定一个安全的停泊点，使追踪航天器交会至停泊点；其次，通过在停泊点对旋转目标航天器姿态的观测，分析和预测其运动并确定合适的抓捕点位置，设计安全的接近轨迹，使追踪航天器沿着该轨迹接近至理想的抓捕实施点位置。在控制方面，考虑实际系统中的不确定性，只利用两航天器之间相对位置的测量信息，设计基于特征模型的自适应控制方法实现交会接近。最后通过数学仿真模拟整个交会接近过程，验证了文中所提出的接近策略和控制方法。

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自适应控温冷板的设计与性能分析

张红生, 李运泽, 王胜男, 宁献文

2015 (6): 12. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.002

摘要 ( 750 )

PDF(4554KB) ( 509 )

为改善航天器热控系统的控温可靠性，基于石蜡感温相变体积发生变化的特性，构建了自适应控温冷板，并给出了自适应控温冷板内的石蜡和复位弹簧的设计模型。在此基础上，为了开展自适应控温冷板的性能分析研究，建立了采用自适应控温冷板的航天器单相流体回路热控系统，并基于集总参数法构建该单相流体回路热控系统的热网络模型。结果表明，所设计的自适应控温冷板在不同的热载荷条件下具备可靠的自适应控温能力，合理选择石蜡参数和优化结构设计可改善控温性能，自适应控温冷板在地面电子设备及空间热载荷的控温领域有较好的应用前景。

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捕获目标后组合体航天器抗干扰自适应控制

王益平, 赵育善, 师鹏, 郑翰清

2015 (6): 20. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.003

摘要 ( 927 )

PDF(3939KB) ( 543 )

针对空间机器人系统捕获非合作目标后由于质量特性参数和动量突变影响导致的组合体系统失稳问题，提出了一种基于系统动力学模型的抗干扰自适应控制方法。利用拉格朗日方法对系统进行动力学建模，通过冲击动力学建模分析得到了捕获目标后组合体系统的初始状态；基于系统动力学模型设计了线性反馈控制方法，考虑组合体质量特性参数不确定性以及外在干扰不确定性，对组合体系统动力学模型进行了不确定参数线性化，设计了参数自适应线性反馈控制方法；最后以平面三关节机械臂系统捕获旋转目标为例进行了仿真计算。组合体系统的运动状态量趋于期望值，速度级状态变量误差量级控制在10-4以下，位置级状态变量误差量级控制在10-3以下，说明该控制方法可以很好地保持捕获目标后组合体系统的稳定。

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共面伴飞相对运动椭圆相位最省燃料控制问题

吴会英, 周美江, 齐金玲

2015 (6): 29. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.004

摘要 ( 793 )

PDF(6338KB) ( 493 )

针对伴随微纳卫星资源受限，轨控需实现最省燃料控制的现实问题，基于Hill方程和二元函数极值理论，研究了共面编队伴飞卫星的最省燃料相位控制策略。分析结果表明：当需要改变的相位为锐角、ΔV<05nb横向控制对相对运动椭圆相位改变效率最高，ΔV=05nb|cosΘ|控后相位为相对运动椭圆左右点，同时将相对运动椭圆短半轴控小；以伴随卫星绕参考卫星共面伴飞相位控制为例，应用这一理论求解了控制策略。

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基于卫星在轨温度预示热控涂层性能退化的方法

宋馨, 张有为, 刘自军, 斯东波

2015 (6): 40. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.005

摘要 ( 907 )

PDF(3806KB) ( 443 )

介绍了一种利用卫星在轨温度数据预示热控涂层在轨性能退化情况的方法，建立并推导了适用于研究热控涂层随整数年变化规律的数学模型，该模型利用卫星设备的温度曲线通过反演计算得到设备表面热控涂层的退化数据。为检验本文数学模型的计算效果，构造了一组数值试验，结果表明本文数学模型的计算数据与真实值非常接近，说明本文建立的数学模型能够很好地根据卫星在轨温度计算出热控涂层在轨退化数据。

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面向空间应用的单向微膨胀型热开关特性分析

马明朝, 郭亮, 张旭升, 吴清文

2015 (6): 48. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.006

摘要 ( 877 )

PDF(4537KB) ( 439 )

为了提高探测器等航天器的温度控制精度，降低热波动造成的影响,基于金属的热胀冷缩原理设计了一种单向膨胀型热开关，利用二维稳态导热原理进行建模分析，得到热开关热特性参数。搭建了试验平台模拟热开关工作环境，测定不同功率条件下热开关的工作状态以及相关性能参数。当加热功率为04W时开关断开热阻为23046K/W；功率为30W时开关的导通热阻为03022K/W，开关控制比为7626。结果表明，试验数据与理论计算数据吻合较好，进一步说明了热开关的结构合理性以及适用性。

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面向空间抓取任务的目标轮廓跟踪方法

康儒斐, 王仕成, 刘志国, 杨东方

2015 (6): 57. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.007

摘要 ( 991 )

PDF(6478KB) ( 812 )

在空间抓取任务中，视场背景复杂，光照条件变化剧烈，而且存在相对运动。文章提出了一种新的动态轮廓特征检测跟踪方法。首先在灰度梯度法基础上，引入形状匹配、面积筛选和自适应灰度阈值调整方法，提高了轮廓提取的鲁棒性。随后，基于该提取结果，利用图像序列的时域相关约束辅助GVFSnake算法进行轮廓跟踪，提升了动态检测速度。最后，考虑到空间抓取任务的实时性需求，采用CUDA运算架构对算法进行并行化处理，并对一组序贯图像序列进行了轮廓跟踪实验。实验结果表明，此方法在CUDA平台下轮廓跟踪速率达到了10帧/s，在保证轮廓检测的准确性的基础上，明显改善了检测速度。

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基于人工势场法的月球表层采样装置避障规划

郑燕红, 邓湘金, 彭兢, 姚猛, 赵志晖

2015 (6): 66. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.008

摘要 ( 793 )

PDF(4303KB) ( 1052 )

表层采样技术是获取地外天体土壤样品的重要手段，为在月表复杂地形、不确定着陆姿态、不规则器表包络约束下，快速获取安全的表层采样动态轨迹，文章根据四自由度表层采样装置设计，分析了工作过程中的正逆运动学关系；根据表层采样装置动、静态目标点运动要求，将约束空间分解为有效障碍检测区与不可达集，进行表层采样避障规划；为加快规划速度，针对表层采样装置瞬态构型构建了动态障碍检测区、动态不可达集；结合人工势场法提出了避障规划算法。对典型姿态下表层采样过程的避障规划仿真表明，该算法可实现约束条件下的表层采样轨迹规划，并对表层采样装置适应性设计提供支持。

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一种阵列天线逐通道相关在线标校法

刘汉超, 梁昊

2015 (6): 75. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.009

摘要 ( 810 )

PDF(3213KB) ( 991 )

由于发送端和接收端时钟的不一致性，导致低信噪比下阵列天线卫星移动通信的逐通道相关标校有很大的难度。在考虑易实现性和简易性基础上，提出了一种可以解决低信噪比下通道校正的多周期长时累积方法。该校准信号为由地面标校站产生的BPSK调制扩频信号，可以减少卫星设计的复杂度，且在不中断用户数据传输的基础上实现在线标校。该方法通过对接收信号打标、速率匹配等措施来解决收发时钟不一致导致的码偏和频偏问题。研究结果可以为阵列天线卫星通信技术提供支持。

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升力式火星探测器进入轨迹优化设计仿真

刘涛, 南英, 胡海龙

2015 (6): 82. doi: 10.3780/j.issn.1000-758X.2015.06.010

摘要 ( 777 )

PDF(3815KB) ( 699 )

针对升力式火星探测器在其完成星际转移轨道之后，由预定进入点开始反冲制动改变运行轨道进入火星大气，设计并仿真了进入段的轨迹优化。根据火星的大气密度及引力场参数，建立相应的火星大气模型及引力场模型，确定了升力式火星探测器的运动方程。在满足进入过程的约束条件下，采用遗传算法对进入轨道进行优化设计，提出不同的推力发动机制动方案并进行分析比较。结果表明，采用推力方案二能够实现性能指标最优，并求得着陆速度为136m/s，最终实现了探测器在火星表面的软着陆。

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