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空间站粗粒度虚拟样机设计技术研究

贾小龙  
【摘要】: 空间站系统融合了卫星和载人飞船的技术,可以长期在空间低轨道上作载人飞行,而且具有较高的可靠性、维修性、可扩展性和实用价值。我国的载人航天项目已经启动,对空间站系统的研究也在进行之中。空间站系统从研制、发射直至运行管理的代价非常昂贵,建立其仿真平台或虚拟样机代替其物理样机进行研究是一个效费比较高的手段。仿真技术以及虚拟样机技术的发展使复杂系统的研制以及运行有了一种全新的测试手段,即建立实际系统的虚拟样机并在虚拟环境中进行测试、分析。这样可以有效的缩短研制周期、节约研制费用,并为实际运行提供优化设计、实时仿真运行、故障诊断、运行管理等支持手段。 本论文基于虚拟样机VPM平台,建立了空间站粗粒度虚拟样机,主要进行了以下的研究: (1) VPM虚拟样机的构成、扩充。为VPM系统设计出与空间站技术相关的用户模块; (2) 空间站粗粒度虚拟样机的设计,建立了空间站粗粒度数学模型。通过对空间站虚拟样机系统的子系统划分、与环境的交互、人机的交互的分析,采用用户模块和VPM系统提供的通用模块初步组装出一个空间站的粗粒度虚拟样机系统,包括空间环境、动力学系统、时间系统、GNC系统、电力系统; (3)空间环境模块设计。该模块用于描述空间站运行的空间环境和天体运动环境,包括大气模型、太阳模型、月球模型。不但可以提供给本系统,而且还可以为以后其他航天虚拟样机系统提供空间环境参数; (4)空间站子系统设计。其中:动力学子系统描述空间站运行的轨道和姿态运动,GNC系统主要描述空间站的轨道、姿态控制,电力系统主要描述空间站的电力供应情况。初步实现了空间站正常的在轨运行; (5)进行了空间站粗粒度虚拟样机模型在轨运行的仿真,得到了比较理想的计算结果。 通过本文的研究工作,初步建立了空间站系统在轨运行环境模拟的虚拟样机系统,实现了空间站粗粒度虚拟样机的正常在轨运行。


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