2019年太空应用重点实验室

2019年太空应用重点实验室开放基金课题部署建议及指南中科院太空应用重点实验室2019年4月太空应用重点实验室开放基金课题部署建议一、申请人基本条件申请人须是依托单位（中科院空间应用工程与技术中心）以外的国内外科研人员，具有博士学位或高级技术职称。二、申请程序（一）根据实验室定位和研究方向，2019年度拟设立10～12项开放研究课题，每个课题资助经费6～10万元人民币，资助期限1～2年；（二）申请者根据基金申请指南中的研究方向填写《中国科学院太空应用重点实验室开放基金课题申请书》，经所在单位同意并签字盖章后，向本实验室提出申请；（三）申请者提出的申请课题，由实验室组织专家对申请书进行评审；（四）通过评审后的课题在批准后一个月内，实验室通知申请人办理有关手续并启动研究工作。三、申报受理时间与要求2019年度开放基金课题于4月底发布开放基金课题指南，申请书受理截止日期为6月30日，课题研发周期从10月起，期限1～2年。

目录1.地月空间编队飞行动力学与控制 12.木卫、土卫高精度重力场反演及地外海洋探测研究 33.天基轻量级无服务实时处理框架研究 54.面向星地激光通信系统的高效空间耦合编码技术研究 75.超导电力驱动和导向技术在电磁弹射装置中的应用 96.高阻尼形状记忆合金材料研究 117.基于复杂多孔介质的流动与相变热控技术研究 138.约束规划问题的知识表示与推理研究 169.基于深度学习的间歇性有效载荷性能退化预测方法 1810．多尺度遥感图像目标自动检测与识别技术研究 2011．面向月球场景的高精度三维重建与语义分割技术研究 22

1.课题名称：地月空间编队飞行动力学与控制研究目标：针对地月空间的航天器编队飞行任务背景，建立多航天器相对运动动力学过程的统一描述方式，进一步提出相应的相对运动稳定性分析方法及周期解搜索方法，建立相对运动的内蕴几何与度量的表征方法，为理解地月空间下航天器相对运动的演化机理、建立地月空间的航天器编队构型设计方法奠定理论基础。研究内容：1)地月空间相对运动动力学建模与求解方法建立地月空间的航天器相对运动动力学通用模型，并基于归一化、变量替换、平均化等方法实现相对运动近似解的获取。2)地月空间相对运动周期轨道稳定性与分类方法建立地月空间相对运动平衡点的稳定性、周期解的稳定性判定方法，并通过稳定性指标进行相对运动类型分类。3)地月空间相对运动的内蕴几何与度量建立地月空间相对运动的拓扑与几何表征方法，提出地月空间相对运动的度量与边界建模方法。4）编队飞行队形控制方法建立地月空间编队定义方法，基于队形定义建立适应控制目标的编队飞行控制模型，设计反馈控制方法，在大偏差条件下可实现有限时间内系统队形的收敛，在小偏差条件下能以较低能耗实现队形的保持。成果形式：1)研究报告；2)发表SCI论文2篇、EI论文2篇。进度要求：2年。

2.课题名称：木卫、土卫高精度重力场反演及地外海洋探测研究研究目标：以木卫、土卫重力场反演和地下海洋探测为任务背景，开展双星编队轨道和星间测量方案设计；给出地下海洋分布和变化的分析方法，验证利用高精度重力数据探测地下海洋的可行性；同时根据可能存在的不同尺度的地下海洋分布和变化情况，提出双星编队测量载荷的关键技术指标。研究内容：1）双星编队轨道和星间测量方案设计给出双星编队近距离环绕木卫或土卫的轨道设计方案，给出星间测量和数据处理的技术方案。2）木卫、土卫重力场反演方法研究根据双星编队星间测距数据，给出重力场模型的反演算法，通过模拟仿真进行验证，估计重力场模型系数精度。3）地下海洋分布和变化的分析方法研究进行地下海洋分布和变化与重力场信号之间的耦合关系研究，建立地下海洋分布和变化与重力信号之间严密函数关系模型，给出地下海洋分布和变化的分析方法。并以木卫或土卫全球性或区域性地下海洋分布为例进行验证，完成程序设计。4）双星编队测量载荷关键技术指标分析给出地下海洋不同尺度分布和变化对重力信号探测需求的量化分析，并以此为基础对测量载荷的关键技术指标提出需求。成果形式1）技术报告1份；2）程序软件1个；3）发表SCI或EI论文2篇，其中SCI论文至少1篇。进度要求1年。

3.课题名称:天基轻量级无服务实时处理框架研究研究目标:研究航天器载荷在轨信息处理新需求，针对在轨实时应用需求，提出天基轻量级无服务实时数据处理框架，并通过仿真建模对相关技术进行验证。为天基数据处理系统设计和发展奠定基础。研究内容:1）天基数据处理需求研究跟踪航天器载荷技术的发展，针对载荷对数据处理系统提出的新挑战，开展天基数据处理需求分析，识别各类在轨载荷的信息来源及类型，并分析其处理需求，为天基信息系统总体设计及后续研究提供依据。2）天基轻量级无服务实时数据处理框架研究针对天基自主控制、太空环境实时感知等实时性要求高的应用，开展天基轻量级无服务实时数据处理框架研究。实现扩展性好、资源利用率高、开发部署便捷的天基数据实时处理方案。3）天基轻量级无服务实时数据处理框架仿真验证系统设计在需求分析及数据处理框架研究基础上，开展天基数据处理模型研究，建立数据处理框架模型及资源模型，对关键技术进行仿真验证。成果形式：1）程序源代码；2）研究报告；3）发表SCI论文3篇。进度要求：2年。

4.课题名称:面向星地激光通信系统的高效空间耦合编码技术研究研究目标：星地激光通信信道是混合传输信道。激光在大气中传播时受到大气湍流、吸收、散射等不良影响，使光信号受到严重干扰，造成接收端的误码率升高，甚至传输中断。空间耦合码是一种能够逼近信道容量的高性能编码，能够显著地降低接收端的误码率，保证数据的可靠传输。本课题研究适用于星地激光通信的空间耦合码编译码技术，以保障星地数据的可靠传输。研究内容：1）高增益的空间耦合码的构造和编码方案设计分析通信链路中传输的数据结构以及信道特性，建立星地激光通信传输信道模型，给出信道容量和错误模式的理论分析，构造参数灵活纠错能力强的高增益空间耦合码，并给出相应的编码方案设计。2）高可靠高效率的译码算法设计及系统仿真针对所构造的高增益空间耦合码，研究高可靠高效率的译码算法。分析现有译码算法译码过程中的资源消耗，进而设计低复杂度的译码算法，实现运算资源的高效分配，并讨论译码算法在星地激光通信系统应用的可能性。成果形式：1）研究报告1份；2）发表SCI论文3篇。进度要求：2年。

5.课题名称:超导电力驱动和导向技术在电磁弹射装置中的应用研究目标：采用电磁悬浮和直线电机加速驱动的电磁弹射装置，具有加速快、运行平稳、可靠性强的特点。随着近年高温超导技术的发展，采用液氮温度实现超导悬浮和横向稳定，被视为各种磁悬浮系统设计的理想选择。面向未来航天发射、载人探月、深空探测，研究适用于电磁发射装置的超导直线电机方案、超导磁力导向和导轨结构方案，提出超导磁力导向和驱动关键问题，并具体论证在地基电磁弹射微重力装置以及未来空间领域的应用可能性。研究内容：1）电磁发射装置驱动与导向系统的研发应用状况调研调研与分析国际上提出的电磁弹射、磁悬浮轨道的发展现状，初步分析超导磁浮导轨用于微重力实验装置的合理性和可行性，与其他方案进行对比分析。2）超导直线电机和超导磁力导向系统的方案研究研究适用于电磁发射装置的超导直线电机和超导磁力导向的可行方案，进行分析、建模和仿真，提出优化方案，研究关键问题。研究超导磁浮材料的选用方案，分析其环境适用性和经济可行性。3）超导磁力驱动及导向技术在空间领域应用的深化论证探讨和分析磁浮超导可能在未来载人空间站、载人月球探测、深空探索等任务的应用，重点梳理适合开展的关键技术验证。成果形式：1）研究报告；2）发表SCI论文3篇。进度要求：2年。

6.课题名称：高阻尼形状记忆合金材料研究研究目标：利用空间微重力条件开展各种有人或无人参与的空间科学实验是载入航天器应用的重要内容。针对下一代空间高微重力实验需求，设计和研发高阻尼形状记忆合金材料，研究温度、成分及控制工艺对其机械性能和相变温度的影响，利用其优异的超弹性、高阻尼特性以及形状记忆效应实现减振，从而为未来高精度实验设备研制打下基础。研究内容：形状记忆合金材料开发开发相变温度为-30℃~+30℃的形状记忆合金材料（室温形状记忆合金）；开发相变温度为-170℃~-150℃的形状记忆合金材料（低温形状记忆合金）。材料相变及阻尼特性研究研究成分对材料相变温度的影响；研究成分及处理工艺对记忆合金材料超弹性和阻尼特性的影响；原位极低温金相观察低温形状记忆合金的微结构演变研究相变机理。成果形式：研究报告1篇，至少包含以下内容：（a）合金成分对记忆合金相变点的影响；（b）低温形状记忆合金在极低温下微结构演变；（c）合金成分及处理工艺对低温形状记忆合金性能如超弹性等的影响。发表SCI论文1～2篇。进度要求：2年。

7.课题名称：基于复杂多孔介质的流动与相变热控技术研究研究目标：针对未来载人深空探测对热控系统的轻量、高效、低功耗的需求，围绕复杂多孔介质的流动与相变过程，建立相应的理论模型，发展相应的计算方法，深入研究流动与相变传热机理，以提高蒸发及冷凝相变传效率，降低工质流动阻力，并结合地月空间需求，提出基于微纳多孔介质内的流动与相变传热的被动式高效低功耗热管理系统。研究内容：1）复杂微纳多孔介质内的流动与相变传热机理研究研究微纳多孔介质内的传热与流动规律，研究介质内流体在毛细力驱动下的流动、相变及换热规律，深入分析热流、系统温度/压力参数、结构缺陷、化学缺陷等的影响，研究孔隙率、孔径排布、固液作用等因素的影响；2）毛细相变工质性能调控微纳机理探究探究流体与微纳多孔介质结构之间的相互作用的微观机制，探究工质性能调控对多孔介质内毛细蒸发的流动、传热及相变的影响，研究微观结构与表面功能与工质相变传热之间的关系，最终揭示其影响机理；3）基于流动与相变的热控系统构建和理论分析在前述复杂微纳多孔结构流动与相变传热机理研究的基础上，结合地月空间特殊需求，提出适用于特殊环境的热控技术与方案，并进行系统构建和理论分析。成果形式：1)研究报告；2)发表SCI论文1～2篇。进度要求：2年。

8.课题名称：约束规划问题的知识表示与推理研究研究目标：以空间科学实验与技术试验任务规划为背景，研究适用于约束规划的知识表示与推理方案，并开展领域相关的启发式策略研究，以提高约束处理效率，增加约束规划可解性，为复杂约束任务规划的理论研究和系统建设提供支撑。研究内容：1）研究基于位向量表约束的知识表示与推理方法针对约束规划问题，研究基于位向量表的知识表示方案，以及相应的约束推理方法，如位向量表与GPU结合的并行知识表示与推理方法、与短元组结合的正表知识表示与推理方法以及与短元组结合的负表知识表示与推理方法。2）研究基于多值决策图的知识表示与推理方法 在现有多值决策图方法基础上提出复合位向量的多值决策图的知识表示与推理方法，如结合正位向量表、负位向量表以及使用森林优化算法进行多值决策图变量优化排序启发式问题。3）研究领域相关的启发式策略依据空间任务领域的固有规律与特点，研究基于时间的约束规划启发式策略，如利用强化学习方法训练问题案例，挖掘约束参数排序模式，使用卷积神经网络识别约束权重训练相关的启发式。成果形式：1）研究报告；2）发表顶级会议论文1篇或SCI三区及以上论文2篇。进度要求：2年。

9.课题名称：基于深度学习的间歇性有效载荷性能退化预测方法研究目标：针对有效载荷间歇性工作且工况多变的特点，基于生成对抗网络获得最优的性能退化指标，并研究基于时钟驱动循环神经网络的性能退化预测方法，解决无全寿命周期样本下性能预测精度低的问题，提高有效载荷运行的安全性和可靠性。研究内容：1）复杂多变工况下有效载荷性能退化指标设计针对复杂多变工况条件下，有效载荷监测参量与健康状态间的非线性特点，融合工况信息、监测信息构建生成式对抗网络，研究生成对抗网络的网络架构，分析激活函数与稀疏表征的关系，获得排除工况干扰的有效载荷性能退化指标。2）无全寿命周期样本下的有效载荷性能退化预测针对有效载荷无全寿命周期样本下性能预测精度低的问题，研究时钟驱动循环神经网络的预测模型构建方法，构建已有数据和短期预测趋势的特征拟合曲线，实现自学习的多步短期滚动预测，提高有效载荷在整个生命周期内的性能预测精度。成果形式：1）研究报告；2）相关代码；3）发表SCI论文2篇。进度要求：2年。

10．课题名称：多尺度遥感图像目标自动检测与识别技术研究研究目标：遥感图像目标检测与识别是航空航天平台实现高分辨率对地观测精细解译的核心技术。在高分辨率遥感影像中，目标具有分布不均匀、尺度变化大、方向多样、背景复杂等特点，现有的目标检测和识别方法精度不高、适应性差。亟需充分挖掘新型人工智能方法的潜能，探索遥感图像目标自动检测与识别的前沿技术，针对遥感图像中多尺度、多方向目标，发展自动高效的目标检测与识别算法，实现遥感图像中复杂背景下目标的快速、精确检测与识别，为相关领域的应用提供理论基础和技术支撑。研究内容：1）多尺度遥感图像目标检测针对遥感图像尺度大、分辨率不一以及不同目标尺度差异大的特点，研究适应多尺度遥感图像目标特征学习方法，对不同类别和不同尺度的遥感图像目标对象