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空间探索研究室
 
 
  空间探索研究室主要开展新概念空间探索技术研究,以飞行力学、控制理论、人工智能与仿真技术等为基础,重点研究飞行器/空间载荷在天体引力以及多种控制力共同作用下的轨迹与姿态运动特征、运动测量以及控制方法,并在此基础上结合现代物理知识开展新概念空间探索应用任务分析与设计研究,为满足人类对载人航天、行星探测、卫星应用等任务需求提供分析方法与设计依据。进入21世纪,以先进空间推进、编队星群、空间高精度测量、卫星导航等技术快速发展以及如何利用月球与近地小行星为牵引,近地轨道以远空间航天器与航天器星群的轨道与姿态运动变得越来越复杂,新概念空间探索技术研究内容因此变得极其丰富,既注重开展以力学、几何、控制等为基础的创新研究工作,又注重揭示空间运动机理及其独特应用,从而能够利用专业知识为空间探索提供理论基础与实践指导。

  太阳系行星、小天体探索新概念技术研究极具挑战性,已有一系列难题有待解决并可能在研究过程中创新出新方法与新思想。以太阳系深空探测、月球与近地小行星应用于太空国防为牵引,开展考虑遍及整个太阳系的太空飞行轨道设计与优化研究,近期将重点关注航天器在地月与日地系统空间的独特飞行规律,为新概念空间探索任务设计提供理论依据;探索抵达太阳系小天体、外行星系统的飞行方案;探索月球基地、月球轨道航天器、地月与日地系统拉格朗日点、月球引力的国防应用方案,将空间对抗从近地轨道空间拓展到地月与日地空间;探索近地小行星的资源勘探与利用以及捕获近地小行星建造地月系统空间站的新概念,让近地小行星成为太空国防的重要组成部分。同时,载人月球、近地小行星以及火星探测任务对新概念技术的需求与日俱增,传统技术难以支撑载人航天的可持续发展,探索新概念与新技术并应用于载人航天决定着未来人类能在太空能走多远。

  以实现航天器精密定轨与自主导航为目标,开展基于高精度测量、控制与模式匹配导航技术的新概念研究。一方面,重点关注全球定位导航系统的应用,结合星间测量与卫星编队飞行概念,探索更高效、更高精度的定轨算法与实时导航算法,并将定轨与导航结果与科学与国防应用结合起来,从而引出新的应用概念与方案;另一方面,重点关注高精度惯性测量、重力梯度测量、无拖曳控制、引力场模式匹配等技术,结合其它测量方式以及微重力、大地测量、基础物理等科学领域的知识内容,发展不依赖于全球定位导航系统的航天器自主导航新方法,为航天器的空间作战能力提供重要支持。此外,将精密定轨与自主导航技术需求从近地轨道航天器拓展到地月系统空间以及深空飞行航天器,开展光学导航、长基线无线电干涉、脉冲星等导航方案研究,由此带来的诸多新问题将牵引出更多新概念技术研究。

  面向未来航天器空间组网的需求以及微纳卫星的发展趋势,探索航天器星群在近地轨道以及以远空间的运动规律、组网、智能飞行规划、编队队形控制及其新概念应用,进一步提升航天器星群整体性能,航天器星群既包含范围分布的卫星星座、中等范围分布的卫星编队,也包括航天器与有效载荷之间微小范围相对运动,如空间微重力平台等可活动设施等;以空间智能机器人、行星表面作业机器人新概念探索为牵引,面向空间飞行器/载荷的多刚体、刚柔耦合系统,开展空间多体系统非线性动力学、运动状态测量与智能控制关键技术研究,重点关注运动控制方案的最优性、鲁棒性、实时性,为实现空间目标操控、行星表面机器人探索等各类应用任务提供新概念方案。

  基于以上三个方向的研究成果,在深入认识与理解太空飞行、导航、智能控制等技术的基础上,新概念空间探索技术研究还强调开展具有重大战略意义的空间探索应用任务先进概念研究,包括任务概念、方案设计与发展战略,力求引领出未来研究的发展方向,牵引出国家级重大太空应用项目。

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