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  • 地月空间发展的若干工程与技术问题
  • 张育林, 刘红卫, 蒋超, 高永飞, 程子龙, 李泰博, 胡瑞军, 周昊
  • 2023, 44 (4): 612-632. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.04.015
  • 摘要 ( 1615 ) HTML (69) PDF (9693KB)(807)
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  • 针对地月空间发展的关键工程与技术问题,从地月空间运输、月球和小天体资源、月面机器人、地月空间经济圈等角度开展了研究。地月空间运输分为天地往返、地月转移和月面升降等阶段,需要根据不同阶段的环境特征发展不同的飞行器、运输方式和重复使用方案,并考虑地球空间站与载人月球探测的一体化设计。地球静止轨道是理想的地月空间工业园区,月球空间的真空、低重力、低温以及充足太阳能等条件为发展磁悬浮、太空电梯、天钩等电气化运输提供了便利;面对严酷的月面环境和稀缺的人力资源,月面机器人将发挥先导性和主力军作用,用于基础设施建设、航天员陪伴与辅助、人机协作等。地月空间发展不仅仅是载人登月,而是以建立地月空间经济圈为目标,促使国家利益从地面、海洋延伸至地月空间,推动太空产业从围绕地球向围绕地月空间发展,加速人类社会由地球文明向太阳系文明迈进。

  • 卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法
  • 陈小前, 陈献琪, 曹璐, 张翔, 姚雯
  • 2023, 44 (4): 465-475. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.04.001
  • 摘要 ( 468 ) HTML (71) PDF (2752KB)(515)
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  • 针对传统卫星总体和控制串行设计过程低效、设计性能受限、设计方案冗余等问题,提出了一种卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法。在轨道、结构、电源、推进等多学科耦合的传统总体设计模型基础上,将面向应用任务过程的卫星姿态控制仿真嵌入卫星多学科分析过程中,实现卫星总体方案与姿态控制的耦合精确分析和整体任务效能的综合评估,在此基础上进一步实现总体和控制的一体优化。最后,以某对地观测敏捷卫星为对象开展方法应用研究,优化结果表明所提方法获得了比传统设计方法目标函数性能更优、冗余度更低的设计方案,验证了卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法的可行性和有效性。

  • 运载火箭飞行载荷联合优化控制技术
  • 袁赫, 李静琳, 宋征宇, 赵永志, 徐姗姝, 曾耀祥
  • 2022, 43 (10): 1291-1301. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.10.002
  • 摘要 ( 381 ) PDF (2381KB)(251)
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  • 为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题,提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束,提高发射概率为目标,多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计,可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例,该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。
  • 载人月球探测科学目标及着陆区选址建议
  • 牛冉, 张光, 牟伶俐, 林杨挺, 刘建忠, 薄正, 代巍, 张鹏
  • 2023, 44 (9): 1280-1290. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.09.002
  • 摘要 ( 380 ) HTML (10) PDF (3876KB)(764)
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  • 聚焦月球探测和应用的前沿科学问题,基于载人航天和月球探测的技术能力以及月球与行星科学研究水平,围绕月球科学研究、月基科学研究和资源勘查利用3个方面,提出了载人月球探测任务的科学目标,包含9个顶层目标和38个具体目标。依据科学目标和国内外载人月球探测着陆区选择现状与发展趋势,提出了我国载人月球探测着陆区选择基本原则和流程。结合科学价值和载人登月任务的工程实施条件,提出了30个精选着陆区,并给出了后续确定着落区地址需考虑的因素。科学目标和着陆区选址建议是载人月球探测工程的重要牵引和顶层输入,将为工程的方案设计和后续实施提供支撑。

  • 新一代载人飞船可重复使用技术体系研究
  • 余抗, 吴文瑞, 苏令, 马晓兵
  • 2023, 44 (9): 1329-1336. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.09.006
  • 摘要 ( 336 ) HTML (9) PDF (3164KB)(665)
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  • 针对空间站大规模空间应用和载人深空探测计划中天地往返运输成本高昂这一主要制约因素,在中国新一代载人飞船的研制过程中,为降低运行成本、提升经济效益,按照具备重复使用能力开展相关设计。首先提出了新一代载人飞船可重复使用模式的构想,对航天器重复使用的技术难点进行了分析,并从可重复使用条件设计、产品可重复使用性能设计、可重复使用维修保障性设计和自主健康检测及诊断设计4个维度给出了解决问题的技术途径,从而形成了新一代载人飞船可重复使用技术体系。本研究明确了新一代载人飞船可重复使用技术路线和实现方向,可用于指导开展未来可重复使用航天器研制,为大规模开发太空奠定基础。

  • SpaceX公司超重﹣星舰组合体首飞异常情况初步分析
  • 樊晨霄, 朱海洋, 陈晓飞, 魏威, 顾名坤, 龙雪丹
  • 2023, 44 (5): 1-.
  • 摘要 ( 335 ) HTML (27) PDF (2942KB)(483)
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  • 2023年4月,美国太空探索技术(SpaceX)公司研制的两级完全重复使用太空运输系统“超重-星舰”进行了首次飞行试验,飞行中多台发动机出现工作异常,速度、高度严重偏离飞行剖面,最终在一级飞行段爆炸解体。结合调研获得的各类特征参数,首先对超重-星舰的首飞剖面进行了预示和反演设计,然后梳理了实际飞行中的各类异常事件,并对火箭各系统的工作情况和典型过程进行了复现,最后对其故障原因进行了分析和研判。

  • 空间仿生可变构智能感知网络技术
  • 王陈亮, 郭康, 朱玉凯, 袁源, 余翔, 乔建忠, 王晓军, 郭雷
  • 2023, 44 (1): 1-8. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.01.001
  • 摘要 ( 324 ) PDF (580KB)(303)
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  • 基于仿生集群系统感知功能与行为的视角,提出了空间感知网络的若干前沿科学问题,包括仿生可变构异构空间分布式智能感知网络设计、单星自主机动对准和协调操控、星群协同相对测量与控制等。在干扰对抗态势下,空间感知网络的生存智能需求是保持各节点的可变构型网络、异构分布式感知与协调控制,从抗扰、容错和节能等角度提出了未来智能感知网络所应具有的安全、绿色和免疫等特征。仿生空间感知网络的目标是通过可变构异构分布式星群设计,实现星群多源信息融合和“眼、耳、脑、体、群”的智能协调,提高感知网络的智能协调能力以及对于空地目标与空间态势的感知、理解、预判和机动处置能力。
  • 运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析
  • 李超兵, 包为民, 李忠奎, 程晓明, 魏才盛
  • 2023, 44 (1): 25-33. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.01.003
  • 摘要 ( 322 ) PDF (2502KB)(291)
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  • 针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。
  • 动能撞击偏转近地小天体研究进展
  • 刘文近, 张庆明, 龙仁荣, 任健康, 龚自正, 任思远, 武强, 宋光明, 陈川, 张品亮
  • 2023, 44 (1): 9-24. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.01.002
  • 摘要 ( 316 ) PDF (5883KB)(298)
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  • 以近地小天体防御为背景,介绍了近地小天体的基本概念和物理特性,分析了超高速动能撞击偏转近地小天体的研究进展。讨论了超高速动能撞击近地小天体表面成坑形貌、相似律以及成坑过程中抛射物产生机制、演化过程和抛射物质量速度分布相似律。总结了基于结合点源假设、实验和数值模拟结果建立的超高速动能撞击小天体动量传递理论模型和相似律。分析了近地小天体的物理特性和撞击条件对动量传递系数的影响规律。归纳了超高速动能撞击偏转近地小天体研究中存在的问题,对超高速动能撞击防御小天体的发展趋势提出了若干建议。
  • 载人月球探测一体化任务规划设计方法研究
  • 周晚萌, 周文艳, 邓新宇, 李革非
  • 2023, 44 (9): 1291-1303. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.09.003
  • 摘要 ( 310 ) HTML (9) PDF (3691KB)(633)
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  • 针对载人月球探测的顶层任务规划需求,提出了载人月球探测一体化任务规划设计方法。通过梳理和分解全任务飞行方案流程,提出一种基于环月轨道摄动的一体化任务规划方法,并识别出与顶层任务规划密切相关的3个关键设计约束,随后分别对光照、环月轨道以及返回着陆等约束展开分析。根据不同的时间尺度约束,逐步筛选出满足工程需求的任务月窗口、日窗口和时窗口。最后,在联合仿真平台上,对规划结果进行仿真验证。该方法解决了标称及推迟任务的综合窗口设计问题,同时也为大时间尺度范围内的快速规划提供了有效的技术途径。