在轨服务

摘要： 针对冗余空间机械臂的路径规划问题,研究了在构型空间内进行试探性搜索障碍规避的规划方法。在工作空间中对凸多面体障碍物进行碰撞检测算法研究,在此基础上建立7自由度冗余机械臂无碰撞的目标构型求解策略,并提出一种无碰撞路径试探性搜索算法,设计在构型空间中的机械臂路径试探算法,可在检测到碰撞后自主调整路径。仿真结果表明:与常规构型空间避障算法相比,本文提出的试探性搜索算法效率提升了17.89%。

摘要： 针对小样本限制下卫星部组件识别域适应困难的问题,提出一种变化场景下自适应迁移的目标识别算法。卫星部组件的识别模型框架为YOLO,迁移算法包括3个策略:基于特征关联性的样本加权策略,基于模型的参数自适应策略和最优特征变换自适应迁移策略。基于以上策略,YOLO模型建立域特征空间的相似性,选择性地迁移源域知识,同时在适应过程中通过调整策略边界学习不变特征表示,以此来加强模型的自适应迁移能力。迁移实验中,分别验证了3个策略的迁移能力,有效提升YOLO模型在复杂多变空间环境下对卫星部组件的稳定识别。实验结果表明:基于特征关联性学习到的权重要优于随机初始化权重,参数自适应迁移显著提升了目标域的测试精度,最优特征变换显著提升模型的泛化性能力。

摘要： 在进行在轨维修以及清除等任务时,需要确定航天器的姿态四元数和角速度。失效卫星常处于自由翻滚状态,通常带有柔性帆板,其运动规律相较于刚性帆板更为复杂。一方面,空间失效卫星的姿态确定常使用激光雷达、双目相机作为测量装备,其测量精度常受到光照、磁场等的影响,会对识别精度产生较大干扰。另一方面,柔性航天器的质量特性容易发生变化,导致很难对其动力学模型进行精确描述。针对柔性自由翻滚目标的状态难以获取的问题,本文提出基于无迹卡尔曼滤波的姿态估计方法,并采用神经网络补偿柔性航天器模型误差。仿真结果显示:无损卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter,UKF)算法对柔性航天器的姿态四元数预测误差值在10^(-3)范围内,角速度误差值最高0.08 rad/s,采用神经网络补偿动力学模型后对四元数的预测误差稳定在9×10^(-4)范围内,角速度误差稳定在1.5×10^(-3)范围内。结果表明,使用神经网络补偿柔性航天器动力学模型的不确定项之后,UKF对柔性自由翻滚目标的姿态估计精度满足工程要求。

摘要： 现有可维修航天器为实现可维修能力代价大,且技术发展途径不清晰,难以推广应用。本文在对国外可维修航天器技术特点分析的基础上,从可维修体系架构、可更换功能模块体系和即插即用接口体系3方面,提出了一种可维修航天器的通用设计方法。结合所提方法,设计了一种主结构可变构型的模块化可维修航天器,阐述了所涉及的关键技术。所设计的可维修航天器以开放式机械体系、分布式异构网络体系与可补加动力体系为核心架构,以两级功能模块和三级接口为可维修载体,以较小代价实现了可维修维护能力,降低了对维修操作方的能力要求,且系统功能性能可随技术的发展动态演进。所提方法与典型设计案例可为中国可维修航天器及相应技术的发展提供参考。

摘要： 面向地球同步轨道卫星故障修复和功能维护的在轨服务系统是我国正在建设发展的重要航天系统工程之一.针对地球同步轨道多目标服务任务规划问题,提出了一种在轨服务任务建模与强化学习服务序列规划方法.推导了航天器轨道动力学模型和霍曼-兰伯特四脉冲交会模型,针对几种典型的地球同步轨道在轨服务任务建立了任务模型,基于强化学习设计了目标卫星服务序列规划方法,并通过数值仿真验证了任务规划方法的有效性.仿真结果表明,该方法能够真实全面地反映服务卫星在目标交会和任务执行过程中的轨道参数改变以及速度增量和时间消耗,规划得到的最优服务序列更具工程实用性.

摘要： 根据J 2摄动对轨道面的长期影响规律,提出了一种在近地低轨道星座卫星之间进行异面轨道交会的解析近似方法,并用于建立多星多约束遍历交会的混合整数规划模型,能够快速获得多星交会次序、交会时刻的最优解。仿真算例表明提出的方法适用于在轨服务、构型重建等类型任务的快速优化,计算速度和燃料消耗优于以往类似算法。

摘要： 2022年7月13日0时30分,由中国航天科技集团五院抓总研制的天链二号03星搭乘长征三号乙运载火箭,于西昌卫星发射中心成功发射。入轨定点后,该星将与之前发射的天链二号01、02星三星组网,组成我国第二代中继卫星系统。届时我国两代全球中继卫星系统同时在轨服务,天基测控与数据中继能力将得到大幅度的提升。五院自2003年起开展我国中继卫星研制工作,于2012年实现天链一号三星组网,使我国成为全球第二个拥有全球覆盖能力中继卫星系统的国家。

摘要： 针对航天器在轨服务任务的地面零重力模拟需求,研究基于工业机器人的零重力运动模拟技术。建立基于BP神经网络的受力感知预测模型,该模型采用机器人末端姿态、加速度、角速度和角加速度作为输入层参数,采用机器人末端六维力传感器数据作为输出层参数,实现了对机器人末端负载的高精度动态受力感知。设计正交试验方法确定机器人的运动路径点进行样本数据采集,实现了受力感知预测模型对机器人全工作空间的覆盖。进一步,基于对机器人末端负载的受力感知数据,应用动力学理论计算负载在失重状态下的运动速度,并控制机器人执行相应的运动,实现了对机器人末端负载的零重力运动模拟。

摘要： 利用空间机器人辅助、代替航天员完成在轨服务操作是近年的技术发展趋势。基于学习的空间机器人操作以深度神经网络为控制器载体,对非结构化太空环境适应能力强,在高轨、地外、深空等场景具有良好应用前景。目前,无论是空间机器人操作,还是地面机器人操作,多数研究只关注单一任务学习问题。立足一种多任务学习新视角,针对空间机器人操作面临的多任务适应性要求高、精细化要求高、不确定性强问题,首先分析了在轨服务的多样化任务需求。其次,全面综述了机器人操作多任务学习算法与应用相关工作,分析了开展空间机器人操作多任务学习的难点挑战,给出了关键技术发展建议。相关关键技术的突破将有助于提升空间机器人系统的自主性、鲁棒性,进而助力中国在轨服务技术向无人全自主方向推进。

摘要： 本文研究了空间平台发射服务器的两体耦合动力学,以及服务器与目标星交会对接的双脉冲能耗最省制导问题.平台首先与目标星形成绕飞关系,保持其发射筒轴线瞄准目标星.接到发射指令后,服务器从发射筒中射出.本文采用凯恩方法建立了发射过程平台-服务器两体动力学模型.因为两体耦合影响,平台姿态偏转,服务器出筒时的速度已经不能瞄准目标星.通过小型火箭发动机给其施加初始和末端共两次速度脉冲.初始脉冲发生于服务器出筒瞬间,改变其航向,保证其与目标星准确交会;末端脉冲发生于服务器与目标星交会瞬间,将其相对于目标星的速度减为零,实现软对接.优化指标是能耗最省,即两次速度脉冲幅值的平方和最小,本文将其归结为非线性规划问题.在服务器交会飞行时间远小于平台绕飞目标星周期的情况下,可将平台绕飞平均角速度视作小参数,采用摄动法求出上述非线性规划的一阶近似解,然后以此为迭代初值,快速可靠地找到精确最优解.最后进行了数值仿真验证.

摘要： 以在轨燃料加注、维护修复、功能更换和升级、在轨组装等为内容的在轨服务技术,可以实现增强航天器的性能、延长航天器使用寿命、降低费用和风险等空间应用新需求.本文提出了在轨服务技术中实时远程操作的概念,并且构建了一种满足自主控制与地面操作相结合的实时远程操作通信体系,为卫星和地面人员之间提供高数据率、低时延的双向信息传输,最后通过对通信链路性能的分析对通信体系做出了评价。

摘要： 本文对空间机器人的定义及分类进行了梳理,选取用于在轨服务的自由飞行空间机器人作为研究对象.分析得出针对高轨非合作目标操作的空间机器人正在研发试验阶段等发展现状;分别研究美国、欧洲、日本的重点空间机器人项目并总结发展特点;推论出空间机器人将朝智能自主、操作任意目标、多轨道可达、快速机动、多功能一体化方向发展的趋势.

摘要： 针对航天器在轨服务,基于DoDAF的体系结构描述框架,采用DoDAF ABM的方法进行体系结构设计.所开发的视图产品主要包括全视图AV-1,作战视图OV-1、OV-5、OV-2、OV-4,系统视图SV-5、SV-4、SV-1等,优化体系的结构和行为过程，着重表现完成在轨服务所必需的系统组成，以及作战活动和系统功能，为在轨服务的未来发展提供一定的理论参考。

摘要： 针对空间合作目标航天器在轨维护任务需求,提出一种新型空间爬行机器人,可搭载于抓取机械臂上,在主动航天器和故障目标形成连接后,爬行移动到故障目标上需要维修的位置进行维修精细操作.该机器人移动系统主要由压电驱动腿、微观粘附足组成.其微观粘附足借鉴壁虎刚毛的粘附机理,设计微米级微阵列的机器人足端结构.在上述结构设计基础上,利用离散元软件建立其仿真模型,对壁虎的强吸附能力和快速脱附能力进行理论建模分析,建立单根刚毛在不同状态下的受力模型,模拟刚毛在不同脱附角下的粘附和脱附的过程,对其单个刚毛的粘附特性进行分析.仿真结果表明,在空间零重力环境下,通过不同运动方式可以实现单个刚毛的吸附和快速脱附的能力.

摘要： 空间机械臂是航天器在轨服务的重要工具,在发射阶段往往要求较小的包络,在空间应用阶段又需要足够大的操作范围,同时在轨应用服务任务也对机械臂操作精度提出了很高的要求,所以单一构型的空间机械臂很难满足以上需求.为此本文提出一种臂杆可伸缩的自重构空间机械臂:当机械臂处于收缩状态时,具有发射包络小,操作精度高的特点;当机械臂处于伸长状态时,具有可达范围大的特点.臂杆伸缩自重构的功能大大提高了机械臂在轨服务的适应能力.

摘要： 随着科学技术的发展,针对空间在轨服务开展技术研究的国家逐年增多,空间在轨操作技术已经成为探索和利用外太空必须的关键技术.与合作/非合作目标的空间自主交会对接技术具有诸多优势,在未来具有广阔前景.本文首先对美国和日本两个航天技术领先国家的在轨服务项目和交会对接任务进行分析评述;然后,对空间相对测量技术进行总结;最后,结合各类敏感器的特点,对非合作目标中远距离相对测量敏感器的选用进行归纳整理.

摘要： 实现太空在轨服务的基础之一是空间自主对接技术,目前根据不同的服务对象,出现许多种类的自主对接机构.设计了一种空间杆-锥式对接机构,该机构可在较大空间范围内,实现自住对接.并且基于ADAMS-View完成该机构动力学虚拟样机.根据太空在轨自主对接技术,设定虚拟样机主要对接检测参数,并完成该机构在整个对接过程中的动力学特性分析.

摘要： 在轨服务航天器是近年来国内外航天领域研究的一个热点问题，通信保障航天器作为一类在轨服务航天器能够为出现通信故障的航天器提供数据中继服务，对于延长其在轨寿命具有重要意义。为提高通信保障航天器天线指向精度，提出一种基于粒子滤波的通信保障航天器相对导航方法，获得两个航天器间更精确相对位置和速度。该方法利用测量距离远、覆盖率高和可全天候工作的无线电设备为主要测量部件，利用粒子滤波在非线性系统滤波上的优势，进行相对位置和速度的估计。仿真结果表明新算法能够有效降低测量误差，提高相对位置和速度估计精度，保证通信保障航天任务的有效进行。

摘要： 新型的激光三维成像技术具有高分辨率的距离-强度三维信息特点,分析激光三维成像技术的发展现状及趋势,针对非扫描激光三维成像雷达原理以及成像过程,构建出激光三维成像系统和试验验证,归纳出激光三维成像技术的特点.探索应用在几项任务中的可行性和必要性.分析激光三维成像技术在空间飞行器中的应用优势以及未来的发展趋势.

摘要： 新型的激光三维成像技术具有高分辨率的距离-强度三维信息特点,分析激光三维成像技术的发展现状及趋势,针对非扫描激光三维成像雷达原理以及成像过程,构建出激光三维成像系统和试验验证,归纳出激光三维成像技术的特点.探索应用在几项任务中的可行性和必要性.分析激光三维成像技术在空间飞行器中的应用优势以及未来的发展趋势.

摘要： 本发明公开了一种基于Lora的低轨卫星物联网注册安全验证方法、物联网终端、网络服务器和用户服务器。方法包括：S1，终端生成注册密钥，构造注册请求消息并进行完整性保护后发送至网络服务器；S2，网络服务器解析出注册请求消息参数并发送至用户服务器；S3，用户服务器对注册请求消息参数进行完整性校验；S4，用户服务器将完整性保护后的注册响应参数、注册密钥、应用数据加密密钥和应用数据完整性保护密钥发送至网络服务器；S5，网络服务器构造注册响应消息并发送至终端；S6，终端解密出注册响应消息并进行完整性校验。用户服务器无需配备解析和构造MAC信息方法和加密算法，减少用户服务器功能，整体架构分工更简化，更安全。

摘要： 本发明公开了一种基于Lora的低轨卫星物联网注册安全验证方法、物联网终端、网络服务器和用户服务器。方法包括：S1，终端生成注册密钥，构造注册请求消息并进行完整性保护后发送至网络服务器；S2，网络服务器解析出注册请求消息参数并发送至用户服务器；S3，用户服务器对注册请求消息参数进行完整性校验；S4，用户服务器将完整性保护后的注册响应参数、注册密钥、应用数据加密密钥和应用数据完整性保护密钥发送至网络服务器；S5，网络服务器构造注册响应消息并发送至终端；S6，终端解密出注册响应消息并进行完整性校验。用户服务器无需配备解析和构造MAC信息方法和加密算法，减少用户服务器功能，整体架构分工更简化，更安全。

摘要： 公开了一种向主卫星提供位置保持服务的服务卫星。服务卫星可以具有本体、以及附接至本体的夹持机构。夹持机构可以适于附接至从主卫星的外表面延伸的接口环，以通过外部延伸的接口环在主卫星和服务卫星之间形成互连。将夹持机构附接至接口环可以形成具有组合质心的互连单元。服务卫星可以具有至少两个推进器和至少一个控制器。至少一个控制器可以通过以下方式将互连单元保持在基本静止的轨道上：选择性地定向两个推进器，使得来自两个推进器的推力矢量避免穿过组合质心，且每一个与组合质心偏移。

摘要： 一种服务器滑轨的内轨与服务器机箱的固定结构，当服务器滑轨的内轨欲与服务器机箱组装时，不需手工具，可将内轨的数挂勾孔的大槽孔部对准然后套置入服务器机箱的各挂勾的阻挡部，并通过卡挡部的侧端缘止挡挂勾的阻挡部以防止内轨水平方向滑移，进而完成内轨与服务器机箱的组装与固定作业；又当欲拆卸内轨与服务器机箱时，不需手工具，只要用手按压止挡件的按压部即可使止挡件通过其两侧的枢接臂相对于内轨枢转，并同时令止挡件另一端的卡挡部的侧端缘脱离而不止挡挂勾的阻挡部，当内轨被水平推移而使其各大槽孔部面对服务器机箱的各挂勾的阻挡部时即可拆离内轨与服务器机箱，达到不需手工具即可省力且快速方便拆卸内轨与服务器箱体的目的。

摘要： 本发明公开了一种多服务飞行器空间在轨服务燃料最优轨道的设计方法。步骤1：确定任务飞行器Bn和服务飞行器Sn轨道；步骤2：基于步骤1的轨道，在可行转移时间区间内选取多个转移时间；步骤3：当变轨点为Y1时，确定燃料最省转移轨道；步骤4：确定最优预设变轨点；步骤5：根据最优预设变轨点，确定最佳变轨区间；步骤6：在最优预设变轨区间内，对转移时间进行细分；步骤7：在最佳变轨区间内，求解转移轨道；步骤8：确定燃料最优的服务飞行器S2,S3,…,SM的转移轨道；步骤9：改变预设变轨点数量N。本发明用以解决解决空间在轨服务任务中多个服务飞行器同时服务于多个共面轨道任务飞行器且使总燃料消耗最省的问题。

摘要： 一种用于在轨服务技术验证的模拟服务星，包括通讯子系统、姿轨控制子系统、操作机构子系统、推进子系统以及电源子系统,通信子系统利用无线通信模块通过无线路由器实现姿轨控制子系统和地面控制站之间的通信，用于模拟在轨天地无线通信链路；操作机构子系统在中央处理单元的控制下用于完成模拟在轨操作任务；推进子系统在中央处理单元的控制下实现控制模拟服务星的水平运动和旋转运动，使模拟服务星按期望运动完成与目标航天器交会对接；所述电源子系统为模拟服务星的各用电设备提供工作电源；姿轨控制子系统包括相对位姿测量单元和中央处理单元。本发明更加真实的模拟了在轨环境下服务航天器的动力学特性。

摘要： 本发明提供了一种用较少数量的轨道服务航天器在有限时间内为整个卫星星座进行在轨服务的服务轨道设计方法。所述设计方法利用星座构型的特点，以轨道面为单位，每个星座轨道面布置一颗轨道服务航天器，设计与星座对应轨道以单交点方式共面相交的椭圆服务轨道，让单交点椭圆服务轨道的半长轴和偏心率与星座对应轨道上目标卫星间的相位差满足一定关系，使得单个轨道服务航天器每次通过轨道交点时都与星座对应轨道上的不同目标卫星交会，从而进行各项在轨的服务操作。本发明基于星座目标服务任务，轨道服务航天器与目标卫星交会的相对速度小、时间窗口持续时间长，对不同的在轨服务任务都具有良好的适应性。

摘要： 本发明提供了一种用较少数量的轨道服务航天器在有限时间内为整个卫星星座进行在轨服务的服务轨道设计方法。所述设计方法利用星座构型的特点，以轨道面为单位，每个星座轨道面布置一颗轨道服务航天器，设计与星座对应轨道以单交点方式共面相交的椭圆服务轨道，让单交点椭圆服务轨道的半长轴和偏心率与星座对应轨道上目标卫星间的相位差满足一定关系，使得单个轨道服务航天器每次通过轨道交点时都与星座对应轨道上的不同目标卫星交会，从而进行各项在轨的服务操作。本发明基于星座目标服务任务，轨道服务航天器与目标卫星交会的相对速度小、时间窗口持续时间长，对不同的在轨服务任务都具有良好的适应性。

摘要： 本发明公开了一种多服务飞行器空间在轨服务燃料最优轨道的设计方法。步骤1：确定任务飞行器Bn和服务飞行器Sn轨道；步骤2：基于步骤1的轨道，在可行转移时间区间内选取多个转移时间；步骤3：当变轨点为Y1时，确定燃料最省转移轨道；步骤4：确定最优预设变轨点；步骤5：根据最优预设变轨点，确定最佳变轨区间；步骤6：在最优预设变轨区间内，对转移时间进行细分；步骤7：在最佳变轨区间内，求解转移轨道；步骤8：确定燃料最优的服务飞行器S2,S3,…,SM的转移轨道；步骤9：改变预设变轨点数量N。本发明用以解决解决空间在轨服务任务中多个服务飞行器同时服务于多个共面轨道任务飞行器且使总燃料消耗最省的问题。

摘要： 一种用于在轨服务技术验证的模拟服务星，包括通讯子系统、姿轨控制子系统、操作机构子系统、推进子系统以及电源子系统,通信子系统利用无线通信模块通过无线路由器实现姿轨控制子系统和地面控制站之间的通信，用于模拟在轨天地无线通信链路；操作机构子系统在中央处理单元的控制下用于完成模拟在轨操作任务；推进子系统在中央处理单元的控制下实现控制模拟服务星的水平运动和旋转运动，使模拟服务星按期望运动完成与目标航天器交会对接；所述电源子系统为模拟服务星的各用电设备提供工作电源；姿轨控制子系统包括相对位姿测量单元和中央处理单元。本发明更加真实的模拟了在轨环境下服务航天器的动力学特性。