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俄罗斯反卫星试验中预测和观察到的航天器遭遇情况的比较
本文对 2021 年 11 月 15 日进行的俄罗斯反卫星 (ASAT) 拦截试验进行了后续分析，该试验发射了一套 ASAT 武器系统来拦截和摧毁在轨的 COMOS 1408，这是一颗已报废的苏联电子情报 (ELINT) 卫星，于 1982 年发射。最初的分析估计了碎片事件产生的碎片将如何对航天器操作员、他们的 SSA 知识、他们检测和缓解高碰撞威胁事件的能力以及他们在大型星座框架内使用机动燃料产生不利影响。本文将这些最初的相遇率预测、对低地球轨道 (LEO) 航天器（尤其是太阳同步轨道上的航天器）的碰撞风险以及轨道寿命估计与运行飞行安全系统和服务检测到的实际会合和轨道寿命进行了比较。对连续模型和离散破碎模型中实际碎片碎片跟踪与碎片体积演变进行了比较。将我们最初的预测与实际情况进行比较，可以发现，最初的 ASAT 碎片轨道寿命预测与迄今为止在轨观测到的寿命非常接近，预测寿命比迄今为止观测到的寿命长约 25%。飞行安全和所需避让机动预测也得到了观测到的结合趋势的验证，俄罗斯 ASAT 试验在某些高度导致飞行安全性和可持续性降低多达 20%，在某些轨道条件下碰撞风险增加一倍。
航天器表面电流分布模式计算加速方法的开发
摘要 – 高能带电等离子体粒子对空间技术构成威胁。带电粒子在航天器主体上的积累会产生放电。静电放电是强大的电磁干扰源，会对各个部件和整个系统的运行产生不利影响。据统计，大约 30% 的卫星损失是放电的结果。在航天器运行之前，需要计算电流的扩散，这需要大量的机器和时间成本。本文提出了一些新颖的方法，用于快速构建由于带电而导致的航天器表面电流扩散的图像。第一种方法的关键点是构建一个用于计算流量扩散的有限区域。瞬态电流的计算将仅在用户指定的电磁兼容区域内进行，而不会影响其余部分。本文还基于欧拉方法开发了新的简化微分方程组计算方案。借助新的计算方案，计算用户指定的局部区域中的未知量的时间与计算未知的全模型相比减少了几个数量级。本文对新的计算方案进行了总结，指出了其构造的复杂性。通过实例验证了新计算方案的充分性和准确性。
适用于姿态控制应用的柔性航天器模型的设计和验证
本论文的目的是评估在之前的论文和科学文章中研究的柔性航天器模型与在 MSC Adams 软件中实施的相同航天器之间的比较，旨在验证该模型。借助这一创新工具，可以评估用户可能希望获得的几个功能，进行非线性多体分析，从而提供更真实的数据集。法国航天局 (CNES) 的 Picard 卫星被用作航天器的主体，其动力学用刚体的欧拉方程表示。太阳能电池板和反作用轮的配置在位置和尺寸方面相对于 Picard 进行了修改，以便在 MSC Adams 中建造航天器时具有优势并拥有更通用的卫星类型。特别是，考虑了四个对称的太阳能电池板和位于航天器质心的三个反作用轮系统。这项工作最重要的方面是卫星的柔性部分，由四个太阳能电池板表示。使用 MSC Patran/MSC Nastran 进行有限元法 (FEM) 分析，以获得模型所需的自然模式和频率，并评估刚性和柔性部分之间的耦合矩阵。论文的第二部分是关于在 MSC Adams View 中实现航天器设计以及通过 MSC Adams 和 MATLAB/Simulink 环境进行的模拟阶段。在机动过程中，为姿态控制实施了一个简单的比例-微分 (PD) 控制器，目的是实现所需的欧拉角，旨在模拟指向特定目标的新指向方向的命令。对这两个模型进行了比较，以便更好地了解太阳能电池板柔性的影响以及 MSC Adams 中更复杂的分析与通过数学模型线性化、更近似的分析之间的可能差异。还评估了三块太阳能电池板发生故障时的姿态控制。 PD 控制器确保在操纵过程中具有良好的性能和稳定的响应，尽管系统受到外部（仅考虑重力梯度）和内部（太阳能电池板的振动）干扰。不过，如果太阳能电池板发生故障，这种基本控制器仍会出现一些问题。
航天器驾驶、手动控制设计概述...
简介 本报告介绍了使航天器更适合人类操作的技术。从最高层次开始，第一部分介绍了一般航天器驾驶和工作负荷，提出了一个概念框架，即 OODA 循环，作为改进工具。作为一般可操作性的一个子集，第二部分介绍了手动控制。本文介绍了从全手动到全自动的控制范围概念，以及在现代航天器中实现手动控制能力的基本原理。还提供了阿波罗和航天飞机的手动控制能力摘要作为成功实施的示例。成功的手动控制需要令人满意的操控品质，第三部分提供了该主题的高级摘要。
小型航天器样本返回任务概念支持门户和月球科学
维持在月球的长期存在可能需要创新且经济高效的方法，以实现频繁且经济实惠的有效载荷返回。NASA 艾姆斯研究中心和肯尼迪航天中心的深空物流团队（负责管理 Gateway 物流服务任务）已经研究开发一种基于小型航天器的样品返回能力，以补充早期猎户座任务有限的样品返回能力。目标是作为早期深空物流任务的一部分展示一种经济高效的能力，并提供从 Gateway 返回的高达 10 公斤（约 4 升体积）的科学有效载荷。任务概念设想逐步增加样品返回能力，包括返回对温度和加速度敏感的有效载荷，并发展成为商业提供的服务，类似于现有的国际空间站有效载荷返回物流。将概述有效载荷科学和技术用例和小型航天器任务概念，以吸引正在考虑需要从 Gateway 和/或月球表面返回高价值样品的月球探索活动的科学家、有效载荷开发人员和任务规划人员。
日益自主的航天器任务操作的知识工程框架
随着规划和自主性在航天器上越来越多地得到部署，任务将面临地面操作团队指挥和与航天器交互方式的范式转变：从指定定时命令序列转变为机载自主性将根据航天器的状态和感知环境制定的高级目标。在本文中，我们介绍了一项持续努力，即通过建模科学和工程意图/目标、预测结果、评估航天器状态和性能以及维护用于机载决策和地面监控的模型来开发一个支持地面操作的综合框架。具体来说，我们描述了自主航天器操作中关键的特定知识工程方面，以及我们提出如何应对机载自主操作所带来的挑战。
极高 ISP 航天器推进系统
1 Baramsai 等人，“NASA 实现聚变能的新捷径：晶格约束聚变无需使用大型磁铁和强力激光器”，IEEE Spectrum（2022 年 3 月）。https://spectrum.ieee.org/lattice-confinement-fusion
使用深度强化学习生成航天器操作程序
太空任务操作的高成本促使多个航天机构优先开发自主航天器指挥和控制技术。深度强化学习 (DRL) 技术为创建复杂、多方面的操作问题的自主代理提供了一个有前途的领域。这项工作研究了将 DRL 驱动的策略生成算法应用于航天器决策问题的可行性，包括构建航天器决策问题的策略，例如马尔可夫决策过程、降维途径、使用专家领域知识进行简化、对超参数的敏感性以及面对错误建模的环境动态时的鲁棒性。此外，在屏蔽深度强化学习的新颖改编中，考虑通过将这些方法与构造正确的控制技术相结合来确保这些方法的安全性。这些策略针对原型低保真驻留场景和高保真姿态模式管理场景进行了演示，涉及飞行遗产姿态控制和动量管理算法。研究发现，DRL 技术与这些问题的其他黑盒优化工具或启发式解决方案相比具有优势，并且需要与深度学习社区中广泛使用的测试数据集类似的网络规模和训练持续时间。
综合空间任务规划与航天器设计的多学科设计优化方法
太空任务规划和航天器设计紧密耦合，需要一起考虑才能获得最佳性能；然而，这个集成优化问题会导致大规模的混合整数非线性规划 (MINLP) 问题，而该问题的求解十分具有挑战性。为了应对这一挑战，本文提出了一种新的解决该 MINLP 问题的方法，即遵循多学科设计优化 (MDO) 的理念，通过增强拉格朗日协调方法迭代求解一组耦合子问题。所提出的方法利用问题的独特结构，将其分解为一组不同类型的耦合子问题：任务规划的混合整数二次规划 (MIQP) 子问题和航天器设计的一个或多个非线性规划 (NLP) 子问题。由于可以将专门的 MIQP 或 NLP 求解器应用于每个子问题，因此所提出的方法可以有效地解决原本难以解决的集成 MINLP 问题。还提出了一种自动有效的方法来寻找这种迭代方法的初始解，这样就可以在不需要用户定义的初始猜测的情况下进行优化。在演示案例研究中，使用子系统级参数化航天器设计模型优化了载人月球探测任务序列。与最先进的方法相比，即使没有并行化，所提出的公式也可以在更短的计算时间内获得更好的解决方案。对于更大的问题，所提出的解决方法也可以轻松并行化，因此有望进一步发挥优势和可扩展性。
下一代货物转运航天器HTV-X的开发现状及未来计划,三菱重工技术评论第58卷第4期(2021年)
下一代货物运输航天器 HTV-X 的开发正稳步推进，朝着首艘发射的目标迈进。目前，详细设计已经完成，航天器制造已经开始。设计 HTV-X 的关键点之一是满足多样化的货物需求。三菱重工有限公司 (MHI) 通过详细设计进行了设计发明，以满足航天器结构形式的约束，然后进行了逐步的原型测试，并确认可以满足这些要求。HTV-X 将用于向国际空间站 (ISS) 运送补给，同时还考虑使用该航天器的高级版本为美国主要推动的月球轨道载人基地 (Gateway) 的补给做出贡献。本报告介绍了 HTV-X 的开发现状、详细设计的结果以及与该航天器高级版本相关的未来计划的努力。| 1. 简介