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地月空间的远距离逆行轨道族及其分岔研究

北京航空航天大学学报 2022年第12期48卷 2576-2588页

作者：陈冠华杨驰航张晨张皓中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049

地月系统中存在着一类绕月逆行、高度稳定的轨道族,称为远距离逆行轨道族(DRO)。以圆型限制性三体问题(CR3BP)为动力学模型研究了DRO轨道族周边的动力系统结构。利用Broucke稳定性图寻找分叉点,判断分叉类型,基于数值延拓计算分岔后产... 详细信息

地月系统中存在着一类绕月逆行、高度稳定的轨道族,称为远距离逆行轨道族(DRO)。以圆型限制性三体问题(CR3BP)为动力学模型研究了DRO轨道族周边的动力系统结构。利用Broucke稳定性图寻找分叉点,判断分叉类型,基于数值延拓计算分岔后产生的一系列新轨道分支。分叉类型主要有切分叉与多倍周期分叉(从3倍周期开始),轨道维度包含平面轨道族与三维轨道族。计算新轨道族的特征,包括形状、周期、能量、稳定性、双曲流形结构等。探讨周期轨道的轨道周期与能量的关系,以几何化的方式展现分叉结构、多周期轨道的双曲流形结构等。该动力结构将为基于DRO轨道族的地月空间任务提供重要的理论支持。

关键词：远距离逆行轨道分岔多周期轨道数值延拓轨道稳定性

与地共轨小行星附近测绘轨道的性能分析与评估

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深空探测学报（中英文） 2022年第4期9卷 391-399页

作者：石玉舒磊正张皓中国科学院太空应用重点实验室北京100094 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094

在小行星探测任务中,航天器抵达小行星附近后需对小行星的各项基本参数测量,为后续任务提供支持。分析了小行星附近环绕型轨道和飞掠型轨道在小行星测绘方面的性能,采用数值方法分析了不同距离下小行星附近的稳定环绕轨道和双曲线飞掠轨... 详细信息

在小行星探测任务中,航天器抵达小行星附近后需对小行星的各项基本参数测量,为后续任务提供支持。分析了小行星附近环绕型轨道和飞掠型轨道在小行星测绘方面的性能,采用数值方法分析了不同距离下小行星附近的稳定环绕轨道和双曲线飞掠轨道,提出了考虑光照条件和小行星不规则形状遮挡的覆盖率计算方法,从覆盖率、测绘时间、燃料消耗,以及鲁棒性等方面评价测绘轨道。以近球形小行星Bennu 101955和细长型小行星Eros 433为例,比较分析了其附近绕飞轨道和飞掠轨道的测绘性能,为未来小行星探测中的测绘任务规划提供参考。

关键词：小行星探测测绘轨道覆盖率

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我国空间科学与应用领域的科技成果评估

科技管理研究 2023年第12期43卷 59-67页

作者：张九星张伟李绪志韩培王翀刘艳韩樾夏中国科学院空间应用工程与技术中心中国科学院太空应用重点实验室北京100094

我国空间科学与应用领域在研制任务相关技术评估方面已形成了相关法律法规、国家顶层政策、部委政策和工程管理政策等4个层次结构,在国家加强科技成果规范评价的背景下,对其科技成果进行规范化和体系化评估成为有待进一步研究的重点。因... 详细信息

我国空间科学与应用领域在研制任务相关技术评估方面已形成了相关法律法规、国家顶层政策、部委政策和工程管理政策等4个层次结构,在国家加强科技成果规范评价的背景下,对其科技成果进行规范化和体系化评估成为有待进一步研究的重点。因此,在总结国家发布的一系列相关政策和标准基础上,分析空间科学与应用成果评估的内涵和目的,总结其基于任务的分层分类分阶段评估、基于价值的多领域多要素多指标综合评估、突出国际前沿比较和应用用户评价、定性与定量相结合评价的特点,提出按任务层次、项目类型和工程阶段等方式的评估分类,以及全周期过程的成果产出与评估理念,形成构建评估模型、形式审查、组建评估专家组、成果评估、评估结果分析与反馈等主要评估流程,给出载荷研制类、科学实验类、科学研究类(或基础研究类)、应用研究类等4类成果的主要体现形式和评估要素,并提出在同行评议基础上采用统计调查法、文献计量法和定量与定性相结合的方法进行评估。最后针对我国空间科学与应用成果评估存在的四大问题给出六点发展建议。

关键词：空间科学空间应用科技成果评估科学与应用经济与社会中国

航天应用载荷的高精度时间同步与共用信息分发

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国防科技大学学报 2021年第1期43卷 16-26页

作者：邱爱华乔旷怡陈寅元张涛中国科学院空间应用工程与技术中心中国科学院太空应用重点实验室北京100094

应用载荷直接获取航天器平台的时间和公共测量信息,并不能完全满足载荷的高精度时间基准和共用信息使用需求。一些功能载荷具备向外输出高精度时间和状态测量信息的能力,但硬件接口资源有限。将功能载荷作为FC-AE-1553光纤网络的一个节... 详细信息

应用载荷直接获取航天器平台的时间和公共测量信息,并不能完全满足载荷的高精度时间基准和共用信息使用需求。一些功能载荷具备向外输出高精度时间和状态测量信息的能力,但硬件接口资源有限。将功能载荷作为FC-AE-1553光纤网络的一个节点,在FC-AE-1553光纤网络中叠加IEEE 1588v2时间同步协议,功能载荷的高精度时钟源能同步给有需求的其他载荷。并在时间同步的前提下,将功能载荷的测量数据如定位数据、姿态数据和轨道数据等共用信息同步发送至网络上的其他载荷节点。通过时间同步与同步发送机制,解决了各载荷对高精度时间和共用信息的需求,弥补了专用信息硬件接口资源的不足。结果表明,与直接利用航天器平台的信息源相比较,当时钟源和共用信息来自功能载荷时,FC-AE-1553网络时间同步之后的时间基准精度和共用信息利用性能高出3个数量级,载荷获取的UTC时间精度达到百纳听语音聊科研与作者互动秒量级。

关键词：时间同步 FC-AE-1553 应用载荷共用信息定位数据姿态数据

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天宫一号高光谱遥感场景分类数据集及应用

遥感学报 2020年第9期24卷 1077-1087页

作者：刘康周壮李盛阳刘云飞万雪刘志文谭洪张万峰中国科学院太空应用重点实验室中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094

天宫一号高光谱成像仪具有空间分辨率高、光谱分辨率高、图谱合一等特性,在中国航天高光谱领域具有里程碑的意义。针对一般遥感场景分类数据集尺度单一、光谱分辨率较低等问题,本文提出基于天宫一号的多谱段、高空间分辨率、多时相高光... 详细信息

天宫一号高光谱成像仪具有空间分辨率高、光谱分辨率高、图谱合一等特性,在中国航天高光谱领域具有里程碑的意义。针对一般遥感场景分类数据集尺度单一、光谱分辨率较低等问题,本文提出基于天宫一号的多谱段、高空间分辨率、多时相高光谱遥感场景分类数据集(TG1HRSSC)。利用天宫一号高光谱成像仪获取的高质量数据,经过辐射校正、几何校正、空间裁剪、波段筛选、数据质量分析与控制等,制作了一批通用的航天高光谱遥感场景分类数据集,通过载人航天空间应用数据推广服务平台(http://***[2019-09-10])进行分发和共享。该数据集包括天宫一号高光谱成像仪获取的城镇、农田、林地、养殖塘、荒漠、湖泊、河流、港口、机场等9个典型地物场景的204个高光谱影像数据,其中5 m分辨率全色谱段1个波段、10 m分辨率可见近红外谱段54个有效波段以及20 m分辨率短波红外谱段52个有效波段。研究利用AlexNet、VGG-VD-16、GoogLeNet等深度学习算法网络对构建的数据集进行场景分类的试验,结果表明该数据集的场景分类应用实现较好效果。由于该数据集具备高分辨、高光谱等特征优势,未来在语义理解、多目标检测等方面有着广泛的应用价值。

关键词：天宫一号高光谱成像仪场景分类数据集深度学习

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月壤填充式折展舱壁仿生结构拓扑优化研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：徐钊肖立平王守一赵海峰中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室中国科学院大学航空宇航学院

为提高大型空间结构建造效率、降低发射成本，基于月壤填充加固理念提出一种树叶仿生式折展舱结构及相应的拓扑优化设计方法，实现可折展太空舱的加筋构型优化。参考树叶的叶脉分布原理进行仿生流线形加筋构型设计，利用月壤对折展舱板... 详细信息

为提高大型空间结构建造效率、降低发射成本，基于月壤填充加固理念提出一种树叶仿生式折展舱结构及相应的拓扑优化设计方法，实现可折展太空舱的加筋构型优化。参考树叶的叶脉分布原理进行仿生流线形加筋构型设计，利用月壤对折展舱板壳内部进行填充，实现加筋强化。基于Mohr-Coulomb本构模型拟合月壤材料的力学参数，以结构刚度、稳定性及质量为优化变量，构建折展舱面板结构的多目标优化模型并进行求解。分析结果表明：在月球重力作用下，舱体折展比约为5.7，结构应变能、自然频率与总质量之间通过多目标优化实现综合性能最优构型设计。对于应变能与自然频率的加权总目标，当权重0≤w≤0.08时，40%体积分数结构最优，当0.08

关键词：月壤填充折展结构拓扑优化仿生式设计薄壁加筋结构原位资源利用

空间应用载荷的天地端到端IP隧道协议通信架构设计

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国防科技大学学报 2019年第3期41卷 99-105页

作者：邱爱华张涛乔旷怡顾逸东中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室

在地面运控子网和载荷信息网中设计IPsec、GRE或RFC2003三种IP隧道协议,通过平台信息网和天地测控网,封装的用户数据包能在天地通信链路中路由,以支持在轨载荷和地面运控终端之间端到端的灵活通信。设计支持IP隧道协议通信的天地一体化... 详细信息

在地面运控子网和载荷信息网中设计IPsec、GRE或RFC2003三种IP隧道协议,通过平台信息网和天地测控网,封装的用户数据包能在天地通信链路中路由,以支持在轨载荷和地面运控终端之间端到端的灵活通信。设计支持IP隧道协议通信的天地一体化信息网络架构,给出各级路由器的设置和网段IP地址分配,计算和分析出三种IP隧道协议的通信效率与实时性。分析结果表明,采用IP隧道协议对改变传统地面运控模式、提高运控效率具有重要意义。

关键词：网际隧道协议天地一体化载荷运控网际协议端到端空间数据系统咨询委员会

基于深度学习的探月雷达对月面浅表层不规则形状介质预测

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电子与信息学报 2022年第4期44卷 1222-1230页

作者：李阳平黄玲王珂赵海峰中国科学院大学北京100086 中国科学院空间应用工程与技术中心中国科学院太空应用重点实验室北京100094 中国科学院空天信息创新研究院北京100094

在月壤中掩埋的岩块几何形状和电性特征分布具有显著的不确定性,探月雷达(LPR)获得的回波信号的特征复杂,无法有效地对月壤内部结构进行精确的几何成像。该文提出一种基于主成分分析降维的深度学习数据处理方法,用于复杂月表以下岩石分... 详细信息

在月壤中掩埋的岩块几何形状和电性特征分布具有显著的不确定性,探月雷达(LPR)获得的回波信号的特征复杂,无法有效地对月壤内部结构进行精确的几何成像。该文提出一种基于主成分分析降维的深度学习数据处理方法,用于复杂月表以下岩石分布结构的快速数字化成像,可以直接建立回波信号特征与月岩几何拓扑的关联关系。首先基于Apollo探月任务返回的月岩样品照片,利用边缘检测等图像处理方法提取月岩介质的几何轮廓,构建含有月岩块体的地层模型;针对信息冗余的时域回波信号,采用主成分分析法对高维空间的回波数据进行降维处理,然后利用基于均方根传递(RMSprop)的反向传播算法构建针对月岩介质上表面轮廓和位置的拟合预测模型。仿真结果表明,对于掩埋的具有复杂几何特征和高介电常数的单月岩块地层结构,深度学习R-square确定系数可达到0.93,月岩上表面轮廓和位置预测结果与真实模型重合度较高;同时也对复杂多月岩随机分布模型进行了探索性神经网络几何重建建模和验证。此工作为后续地质科学领域开展基于数据驱动模型的地层成像相关研究提供了初步的参考。

关键词：探月雷达深度学习地质结构反演数值模拟

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三种六自由度动力下降凸优化制导方法

北京航空航天大学学报 2023年

作者：王驰刘伟高扬中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室中国科学院大学航空宇航学院

飞行器动力下降软着陆的一个关键技术在于实时求解六自由度动力下降制导问题，该问题可以描述为多约束条件下的燃料最省轨迹优化问题。选取飞行时间、时间替代变量、轨迹高度三种自变量建立了三种优化模型，将原始轨迹优化问题转化为序... 详细信息

飞行器动力下降软着陆的一个关键技术在于实时求解六自由度动力下降制导问题，该问题可以描述为多约束条件下的燃料最省轨迹优化问题。选取飞行时间、时间替代变量、轨迹高度三种自变量建立了三种优化模型，将原始轨迹优化问题转化为序列凸优化可解形式进行迭代求解，形成了三种在线制导方法。比较所提三种制导方法在收敛性、实时性、最优性及求解精度上的差异，结果表明：三种制导方法均能求解六自由度动力下降问题；自变量为飞行时间的制导方法计算时间最短且燃料消耗最少，但是需要预先确定动力下降飞行时间；基于其余两类自变量的制导方法能够优化动力下降飞行时间，但均为次优解，且计算时间显著增加；相同离散点数量下三种方法的求解精度相近。若采用序列凸优化作为动力下降在线制导方案，如何确定最优飞行时间、逼近燃料最优解及进一步缩短计算时间等仍有待深入研究。

关键词：六自由度动力下降自主制导凸优化最优飞行时间