小天体探测器附着缓冲系统设计及稳定性分析

1

作者 杨宇 田浩 +3 位作者 史纪鑫 葛东明 徐景全 黄意新 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期559-569,共11页

面向极弱引力小天体表面附着探测需求,设计了一种三足式探测器附着缓冲系统,开展了附着过程的稳定性分析。为实现在极弱引力环境下无反弹地稳定附着于小天体表面,在考虑着陆速度与倾角误差的前提下,设计了一种二级缓冲系统,分别采用粘... 面向极弱引力小天体表面附着探测需求,设计了一种三足式探测器附着缓冲系统,开展了附着过程的稳定性分析。为实现在极弱引力环境下无反弹地稳定附着于小天体表面,在考虑着陆速度与倾角误差的前提下,设计了一种二级缓冲系统,分别采用粘扣带剥离耗能和泡沫铝压溃吸能降低接触碰撞过程对探测器稳定性的影响。建立了探测器多体系统动力学模型、探测器足垫−表面碎石接触碰撞动力学模型,基于多体动力学与离散元联合仿真,获得了不同的着陆倾角与速度情况下,探测器的运动规律。结果表明,二级缓冲系统具有良好的缓冲吸能效果,可有效地防止探测器反弹、滑移和倾覆等现象,在一定倾角与速度范围内探测器能稳定附着于小天体表面。研究成果可为未来小天体探测任务着陆方案设计提供技术支撑。 展开更多

关键词 小天体探测 附着系统 稳定性分析 粘扣带

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空间站舱段平转式转位方案设计与验证

2

作者 罗超 罗文成 +1 位作者 刘冬雨 史纪鑫 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期19-25,共7页

根据我国空间站实验舱在转位前后对天/地指向不变的任务需求,提出舱段平转式转位方案,设计基于转位机构的舱段转位实现方案。转位期间,空间站组合体采用重力梯度被动稳定姿态飞行,解决姿态主动停控时空间站稳定指向的难题。通过设计选... 根据我国空间站实验舱在转位前后对天/地指向不变的任务需求,提出舱段平转式转位方案,设计基于转位机构的舱段转位实现方案。转位期间,空间站组合体采用重力梯度被动稳定姿态飞行,解决姿态主动停控时空间站稳定指向的难题。通过设计选取合适的转位任务窗口,确保转位全程测控链路畅通、光照充足,以提高任务安全性和可靠性。地面试验和在轨实验舱转位任务实施,全面验证了空间站舱段平转式转位方案的正确性。 展开更多

关键词 空间站 组装建造 平转式 转位机构

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可变构型复合柔性结构航天器动力学建模研究 被引量：14

3

作者 史纪鑫 曲广吉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期130-135,共6页

针对中心刚体加复合柔性结构类航天器采用混合坐标法和子结构模态综合法,建立了可变构型复合柔性结构航天器低阶动力学模型。获得的柔性动力学方程及其各类耦合系数矩阵,适用于全星级可变构型系统和部件级复合柔性附件系统的控制系统设... 针对中心刚体加复合柔性结构类航天器采用混合坐标法和子结构模态综合法,建立了可变构型复合柔性结构航天器低阶动力学模型。获得的柔性动力学方程及其各类耦合系数矩阵,适用于全星级可变构型系统和部件级复合柔性附件系统的控制系统设计与仿真,该模型具有阶数低和工程实用的特点。 展开更多

关键词 航天器 柔性航天器动力学 模态综合 混合坐标法

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大型复杂航天器组装动力学建模方法与应用 被引量：5

4

作者 史纪鑫 葛东明 +1 位作者 范晶岩 邓润然 《航天器环境工程》 2019年第4期318-322,共5页

基于完整有限元模型的大型空间复杂结构系统动力学分析因其计算量大、耗时长、效率低,而使得基于子结构的模态综合技术具有现实的应用基础.文章基于固定界面模态综合法给出复杂航天器结构组装模型,开发了大型空间组合体动力学分析软件;... 基于完整有限元模型的大型空间复杂结构系统动力学分析因其计算量大、耗时长、效率低,而使得基于子结构的模态综合技术具有现实的应用基础.文章基于固定界面模态综合法给出复杂航天器结构组装模型,开发了大型空间组合体动力学分析软件;并以空间站三舱组合体为例,验证了该建模方法对于大规模有限元模型在复杂界面条件下的模态综合的有效性,结果表明该建模方法可以应用于工程实际. 展开更多

关键词 航天器 动力学分析 固定界面 模态综合 大型空间结构

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跟踪与数据中继卫星柔性动力学建模 被引量：3

5

作者 史纪鑫 曲广吉 《航天控制》 CSCD 北大核心 2007年第1期31-35,共5页

研究了大型跟踪与数据中继卫星动力学建模问题。首先结合模态综合和混合坐标方法介绍了中继卫星柔性动力学一般模型建立过程;根据工程需要重点对所建立的一般动力学模型利用模态综合进行降阶处理,给出了工程实用的低阶动力学模型和各耦... 研究了大型跟踪与数据中继卫星动力学建模问题。首先结合模态综合和混合坐标方法介绍了中继卫星柔性动力学一般模型建立过程;根据工程需要重点对所建立的一般动力学模型利用模态综合进行降阶处理,给出了工程实用的低阶动力学模型和各耦合系数的计算表达式;最后通过一个工程实例对模型进行了验证。 展开更多

关键词 跟踪与数据中继卫星 动力学模型 模态综合 混合坐标法

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用SGP4模型和卡尔曼滤波实现空间碎片轨道预报 被引量：9

6

作者 史纪鑫 曲广吉 《航天器环境工程》 2005年第5期273-277,共5页

文章将扩展卡尔曼滤波算法成功应用于求空间碎片的双行元初值及其轨道预报问题。首先推导出扩展的卡尔曼滤波求双行元的计算公式；然后针对地面观测站对空间碎片的监测进行了应用研究,编制了相应的计算程序并进行了数学仿真。结果表明... 文章将扩展卡尔曼滤波算法成功应用于求空间碎片的双行元初值及其轨道预报问题。首先推导出扩展的卡尔曼滤波求双行元的计算公式；然后针对地面观测站对空间碎片的监测进行了应用研究,编制了相应的计算程序并进行了数学仿真。结果表明该算法可以较准确地得到监测目标的双行元初值,从而可实现中长期轨道预报。 展开更多

关键词 卡尔曼滤波 sgp4模型 双行元 轨道预报

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航天器姿控发动机真空羽流场计算及其扰动分析 被引量：3

7

作者 史纪鑫 《航天器环境工程》 2011年第5期431-435,共5页

航天器姿态控制发动机工作期间,产生的羽流扰动力矩会影响控制精度,对流和辐射产生的热效应会影响热控系统工作,羽流沉积物会影响光学敏感器的精度。文章以某航天器的20 N姿控发动机为例,首先采用工程的MOC方法计算其真空羽流场;然后利... 航天器姿态控制发动机工作期间,产生的羽流扰动力矩会影响控制精度,对流和辐射产生的热效应会影响热控系统工作,羽流沉积物会影响光学敏感器的精度。文章以某航天器的20 N姿控发动机为例,首先采用工程的MOC方法计算其真空羽流场;然后利用建立的航天器羽流三维冲击模型分析了羽流对太阳电池阵的冲击载荷;最后对发动机羽流脉冲激励下太阳电池阵的响应和姿态控制系统受到的扰动力矩进行了仿真分析。结果表明姿控发动机羽流脉冲激励将对控制精度和稳定度产生不可忽视的影响。 展开更多

关键词 航天器 真空羽流 冲击载荷 扰动分析

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月球探测的历史现状及未来

8

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（华师大版）》 2007年第7期115-118,共4页

　　月球是地球唯一的天然卫星,是距离地球最近的天体.它一直是人类观察和研究的对象,远古时代,人类只能用肉眼观看天体,明亮的月亮和闪烁的繁星曾让人们放飞无数个遐想.几百年来,月亮的神秘和美丽曾让许多科学家呕心沥血.……

关键词 月球背面 深空探测 月球探测 轨道器 载人登月 月球探测器 月球基地 月球软着陆

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探月

9

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（北师大版）》 2007年第7期92-95,共4页

　　就在古代,人类便与月亮结下了不解之缘,对月亮充满了美好的想象.但是当伽利略第一次将望远镜对准月亮时,人们才知道月亮其实应该叫'月球',它的表面没有月宫和嫦娥,而是崎岖不平的荒凉之地.自此,人类开始了探索月球的历程.……

关键词 月球表面 地球轨道 月球探测器

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深空探测柔性太阳帆航天器动力学建模与姿态控制 被引量：3

10

作者 葛东明 史纪鑫 +2 位作者 邹元杰 邓润然 朱卫红 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2019-2027,共9页

太阳帆利用太阳辐射压力提供太空航行的必要动力,由于具有理论上的无限速度和无需消耗任何燃料等优势,被认为是完成未来深空探测任务的有效技术途径之一.柔性太阳帆航天器的动力学模型包括多体动力学、刚柔耦合动力学和太阳辐射光压模型... 太阳帆利用太阳辐射压力提供太空航行的必要动力,由于具有理论上的无限速度和无需消耗任何燃料等优势,被认为是完成未来深空探测任务的有效技术途径之一.柔性太阳帆航天器的动力学模型包括多体动力学、刚柔耦合动力学和太阳辐射光压模型,复杂的动力学特性导致其姿态控制设计具有很强的挑战性.针对带有控制杆的柔性太阳帆航天器,本文采用拉格朗日方程和有限元法,给出了面向控制的解析式动力学模型.所推导的刚柔耦合动力学模型,刻画了太阳帆航天器的本质动力学特性,即双框架控制杆的短周期运动,姿态与柔性太阳帆的耦合效应,以及在太阳光压恢复力矩下的姿态静稳定性和长周期运动.基于带控制杆的太阳帆航天器的双时间尺度特性,提出了双回路控制结构,用于实现航天器俯仰轴和偏航轴的姿态控制.将内回路设计为PD控制器,用于实现质心位置的调整.将外回路设计为PID控制器,用于阻尼姿态运动,并实现在平衡太阳光压力矩下的姿态保持.从而将柔性太阳帆航天器的复杂姿态控制问题转化为两个低阶子问题,实现了在不同频带上的控制设计.仿真结果验证了动力学建模和姿态控制设计方法的有效性. 展开更多

关键词 太阳帆航天器 动力学建模 姿态控制 刚柔耦合 太阳光压

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基于序列图像的非合作目标自主导航及验证 被引量：2

11

作者 王大轶 葛东明 +3 位作者 史纪鑫 邓润然 朱卫红 邹元杰 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期727-733,共7页

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运... 针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。 展开更多

关键词 非合作目标 序列图像 自主导航 仿真验证(导航、制导与控制)

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空间站系统柔性多体动力学建模与仿真 被引量：3

12

作者 葛东明 罗文成 +3 位作者 邓润然 朱卫红 史纪鑫 邹元杰 《航天器工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期8-15,共8页

针对基于商业软件建模存在的接口不开放、求解效率低、功能不完备等问题,文章提出了一种空间站在轨组装过程系统级柔性多体动力学建模方法。所建立的动力学方程包含舱体大范围刚体运动、太阳翼振动、机械臂臂杆振动、关节动力学特性等... 针对基于商业软件建模存在的接口不开放、求解效率低、功能不完备等问题,文章提出了一种空间站在轨组装过程系统级柔性多体动力学建模方法。所建立的动力学方程包含舱体大范围刚体运动、太阳翼振动、机械臂臂杆振动、关节动力学特性等关键影响因素,适用于任意开链式树形拓扑结构。典型算例的计算结果表明:文章所给出的数学模型仿真精度与商业软件基本一致,且文章的方法具有模型自主、开放、可移植、效率高等优势,便于与其他分系统模型联合形成高效率仿真系统,完成舱段转位、舱外货物搬运等各类在轨操控过程的仿真分析任务。 展开更多

关键词 空间站 柔性多体 动力学建模 系统仿真

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高层建筑上的穹顶结构及其自振特性的理论和试验研究 被引量：1

13

作者 高维成 史纪鑫 +1 位作者 邹经湘 沈世钊 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2003年第5期81-87,共7页

本文就某高层建筑上的穹顶结构的设计介绍了一种新型抛物线方钢管穹顶结构。利用ANSYS软件对其进行了动力学分析,在现场进行了模态试验的实测,得到了低阶频率和振型,与有限元结果吻合较好。通过对计算结果和实验结果的分析发现这种结构... 本文就某高层建筑上的穹顶结构的设计介绍了一种新型抛物线方钢管穹顶结构。利用ANSYS软件对其进行了动力学分析,在现场进行了模态试验的实测,得到了低阶频率和振型,与有限元结果吻合较好。通过对计算结果和实验结果的分析发现这种结构受力合理、节省材料,是一种值得深入研究的体系,同时,本文所用的有限元计算与实验分析方法对类似工程结构的分析具有一定参考价值。 展开更多

关键词 高层建筑 穹顶结构 有限元 模态实验 ANSYS

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一种柔性多体动力学建模方法及其工程应用 被引量：3

14

作者 葛东明 史纪鑫 +1 位作者 邓润然 范晶岩 《航天器环境工程》 2019年第4期323-329,共7页

针对具有多轴天线驱动、机械臂运动、空间站舱段转位等多体运动特征的航天器,提出了一种基于浮动基座和树形拓扑结构的柔性多体动力学建模方法,用于计算机建模和与控制系统联合仿真.基于拉格朗日方程和有限元方法所建立的动力学方程考... 针对具有多轴天线驱动、机械臂运动、空间站舱段转位等多体运动特征的航天器,提出了一种基于浮动基座和树形拓扑结构的柔性多体动力学建模方法,用于计算机建模和与控制系统联合仿真.基于拉格朗日方程和有限元方法所建立的动力学方程考虑了大角度刚体相对转动、弹性部件振动、柔性关节变形特性.将此建模方法程序化并应用于工程实际,可解决此类航天器复杂的机构运动与弹性振动的耦合动力学建模问题,实现完全自主的动力学建模、模型代码输出和控制联合仿真功能,为此类航天器的动力学特性分析及其控制系统设计与系统级仿真验证服务.结合带多轴驱动天线和大型柔性天线的整星对象,采用该方法建模并就系统频率、频率响应、时间响应与商业柔性多体软件Adams进行对比,结果显示二者一致性良好,验证了该建模方法及其软件实现的正确性和通用性. 展开更多

关键词 航天器 柔性多体动力学 动力学建模 系统级仿真 拉格朗日方程 有限元法 ADAMS软件

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星载大型反射面天线主动振动抑制建模分析方法 被引量：3

15

作者 葛东明 邹元杰 +1 位作者 史纪鑫 邓润然 《航天器环境工程》 2017年第6期593-597,共5页

为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制... 为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制的解析式耦合计算模型,进而预测振动抑制后的天线振动传递特性和响应。以某带大型反射面天线的卫星为例,分别从压电材料布局和计算边界条件角度给出主动振动抑制的时域、频域分析结果,并进行对比。分析结果表明:文章所提出的方法能够实现压电材料在天线臂上的布局优化以及获知天线臂主动振动抑制效果。 展开更多

关键词 卫星 大型反射面天线 在轨振动 主动振动抑制 仿真分析

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一种柔性空间机械臂的刚体运动和柔性振动复合控制方法 被引量：3

16

作者 葛东明 史纪鑫 邹元杰 《空间控制技术与应用》 2013年第5期13-18,共6页

针对柔性空间机械臂的刚体运动控制和柔性体振动抑制问题,给出了一种反馈和前馈复合控制方法.对于一个柔性双连杆机械臂,首先设计反馈线性化控制器,消除非线性影响,实现大范围的刚体运动控制.其次基于闭环回路响应的振动特性,设计输入... 针对柔性空间机械臂的刚体运动控制和柔性体振动抑制问题,给出了一种反馈和前馈复合控制方法.对于一个柔性双连杆机械臂,首先设计反馈线性化控制器,消除非线性影响,实现大范围的刚体运动控制.其次基于闭环回路响应的振动特性,设计输入成型前馈控制器,预成型控制命令,抑制对结构振动影响显著的某些模态响应.最后仿真结果证实了给出的反馈线性化和输入成型复合控制方法,可以实现精确的位置控制,同时机械臂的残余振动得到了有效的抑制. 展开更多

关键词 机械臂 柔性 复合控制 振动抑制 输入成型

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嫦娥工程

17

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（北师大版）》 2007年第7期88-90,共3页

　　月球是地球唯一的天然卫星,是距离地球最近的天体,也一直是人类观察和研究的对象,夜空中的明月曾让人们放飞无限的遐想.……

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重返月球的意义

18

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（北师大版）》 2007年第7期95-97,共3页

　　从1976年至1994年,人们没有进行过任何成功的月球探测,其间,美国集中全力发展了往返式运载的航天飞机和空间站.现在,美国认为这是一个战略性错误.2004年1月14日,美国总统宣布了新的航天计划:2008年开始把无人驾驶的航天器送上月球;2... 　　从1976年至1994年,人们没有进行过任何成功的月球探测,其间,美国集中全力发展了往返式运载的航天飞机和空间站.现在,美国认为这是一个战略性错误.2004年1月14日,美国总统宣布了新的航天计划:2008年开始把无人驾驶的航天器送上月球;2015年到2020年重返月球,载人登月;2030年登上火星.…… 展开更多

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认识月球

19

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（北师大版）》 2007年第7期97-101,共5页

　　月球的起源 　　月球是地球唯一的天然卫星,它围绕着我们的地球转动不息,它诞生40多亿年来,从未离开过地球的身旁,是地球最忠实的伴侣.然而,这位地球最忠实的伴侣是什么时间产生的,又是如何演化的?这一直是科学家们苦苦探寻的问题... 　　月球的起源 　　月球是地球唯一的天然卫星,它围绕着我们的地球转动不息,它诞生40多亿年来,从未离开过地球的身旁,是地球最忠实的伴侣.然而,这位地球最忠实的伴侣是什么时间产生的,又是如何演化的?这一直是科学家们苦苦探寻的问题.…… 展开更多

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人类登月干什么

20

作者 史纪鑫 王鹏基 《中学生数理化（七年级数学）（北师大版）》 2007年第7期91-92,共2页

　　月球是一颗寂静荒凉的星球,没有生命,没有空气,昼夜温差极大,辐射强烈,月表凹凸不平且布满了大大小小的撞击坑,可以说,月球上是一个荒芜苍凉的世界,那么人类还去月球做什么?其实,人类去月球有许多理由和原因.……

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