为满足天地融合网络全时、全域通信需求,采用认知无线电技术可实现有限频谱资源的感知与高效利用,有效缓解同频干扰问题.文章提出了一种用于天地一体认知网络的信道选择和功率调整的无线资源智能分配方法,在保证主用户服务质量的前提下最大化系统数据速率.首先,将天地融合网络建模为异质图结构,通过用户距离估计信道状态信息,并且利用图卷积网络提取和分析关键环境特征.其次,采用深度强化学习探索底层拓扑环境信息,通过试错与奖惩机制不断优化资源分配策略.仿真结果验证了所提方法的收敛性,并且证明系统数据速率能够得到显著提升.
为舱外试验提供支持和保障条件是大型载人航天器的重要任务,文章根据大型载人航天器舱外载荷的不同类型,提出了标准舱外载荷试验平台和大型舱外载荷试验平台总体设计方案,阐述了舱外载荷试验平台对试验项目的支持资源,明确了舱外载荷试验平台在轨应用流程,并介绍了舱外载荷试验平台的地面验证情况.最后,总结了大型载人航天器舱外试验支持技术的特点,对该技术的在轨应用和验证情况进行了说明,并对技术应用于在轨服务和在轨设施建造任务进行了展望.
针对高轨空间碎片的精准化跟踪及清除需求,文章提出一种基于星图背景的全自主捕获、观测及跟踪识别方法,依据恒星惯性空间位置不变性,通过连续帧图像数据比对实现恒星目标和非恒星目标分离,完成空间碎片目标识别.作为应用于高轨空间碎片捕获、观测的全自主双体制模式探测系统,在兼顾空间碎片捕获、观测的基础上,同时还具备恒星测姿功能,经过地面及在轨验证表明:在对高轨空间碎片跟踪过程中四元素结果稳定,恒星测姿结果稳定,可广泛应用于高轨空间碎片的跟踪与治理任务.
针对大型载人航天器舱内/舱外试验载荷多、试验数据量大、数据传输要求高的特点,提出基于光纤以太网技术的载荷数据传输系统设计方法,分为骨干传输层和汇聚接入层,采用双环+树形的网络拓扑结构,配置千兆、万兆以太网光纤接口,通过光缆与各试验载荷相连,为大型载人航天器舱内/舱外各类试验载荷提供高速数据传输和下行通道服务.经过在轨飞行应用,表明基于光纤以太网的载荷数据传输系统设计方法合理、可行,为大型载人航天器持续滚动开展较大规模的空间科学实验与技术试验提供了有力保证.
针对深空探测器数据管理软件多专业功能交叉、信息流复杂,导致软件技术状态控制难、复用性差的问题,文章提出了一种航天器软件架构设计,包括软件架构的要素设计、模式、表示方法、标准体系、可复用元素等,并以此方法设计了一种深空探测器数据管理软件通用架构.经某深空探测器数据管理软件应用验证,结果表明:该方法可以有效控制软件技术状态,提升软件健壮性,并将软件复用率提升 30%.
火星地形以大面积的沙漠和崎岖陡峭的山地为主,传统火星车容易陷入沙土或难以翻越障碍.为提高火星探测任务的成功率和探索范围,文章设计一种适应火星主要地形的航天器仿生足.该仿生足兼顾沙漠和山地,具备大面积多弧形足底的柔性垫,可有效在沙漠中起到防滑防陷的作用;还具备可多向安装的仿生钩爪,支持足式火星机器人攀越崎岖山地.开展多弧形柔性足垫在沙地中的受力分析,论证其优越的防滑防陷功能.构建钩爪与大倾角地形作用的球接触力学模型,分析总结其在不同角度下建立有效抓附效果的规律.制作足部实物进行性能测试,得到了单足最佳钩爪的配置为 6 根钩爪,弯曲角为 125°.开展足式火星机器人的运动仿真试验,验证了仿生足的越野性能和减震性能.试验结果和理论分析表现一致,仿生足具备针对火星探测的应用前景和研究价值.
分析了大型航天器在轨交会对接及执行特殊任务等需求,提出了针对不同供电电压等级航天器交会对接、机械臂操作和航天员出舱等任务中的舱体不等电位问题,给出了被动电位控制及主动电位控制的方案.在此基础上提出了具体的设计方案及关键参数的确定,完成了被动电位控制地面验证方案,给出了试验验证结果,完成了主动电位控制在轨实际运行,并给出了实际运行结果情况.可为后续类似航天器的相关设计及地面试验验证提供参考.
针对 140 米级及以下尺寸近地小天体(NEO)全天区、全时段监测预警的发展需求,由地基设备完成近地小天体发现和编目的系统已无法满足暗弱目标探测、精细多谱段属性测量、全天区可视覆盖和全时段可用等要求,发展天基监测能力,构建天地协同监测系统成为新趋势.文章在调研已入轨/在研典型近地小天体监测系统及技术基础上,按照谱段、口径、视场等主要指标回顾分析其在小行星监测的效能,并对标分析了近地小天体-宽视场红外望远镜(NEOWISE)、近地小天体巡察器(NEO Surveyor)等两型任务,提出我国近地小天体天基监测系统发展目标,梳理提出可见光/红外多谱段大视场载荷、被动深低温制冷等技术发展方向,可为建设近地小天体防御系统提供发展建议.
针对空间碎片在轨精确定位需求,系统总结了采用天基光学探测和激光测距对空间碎片运动状态初值的求解方法;立足在轨应用,文章提出了基于天基光学探测和激光测距的空间碎片运动状态扩展卡尔曼滤波(EKF)估计方法,以目标定位精度为评价标准,研究了探测体制、测量数据精度、测量数据率和探测距离等因素对目标定位性能的影响,并提出了定位参数最优的水平选择.数学仿真结果表明:在特定载荷性能下,采用双星光学测量体制,碎片位置估计精度优于 79.4m,速度估计精度优于 3.5m/s;采用单星光学测量加激光测距体制,碎片位置估计精度优于 124.3 m,速度估计精度优于 4.5m/s.该方法具有求解精度高、运行稳定性好和数据计算量低等优点,具备在轨应用的条件,可为面向空间碎片的天基跟踪系统设计提供参考.
大气环境监测卫星装载大气探测激光雷达(ACDL),以主动激光作为工作介质,产品使用特性特殊,对整星装配、总装和测试(AIT)过程各环节风险控制提出了很高要求.文章通过ACDL工作原理及特点分析,分类梳理了其关键使用特性,基于使用特性识别了整星级 AIT 过程风险项目,重点论述了总装、测试、试验及发射等AIT全流程关键环节风险控制措施及工程验证情况.实践结果表明:基于产品关键使用特性的整星 AIT 过程风险识别与控制措施有效,相关方法可为其他星载激光系统参考借鉴.
在空间站的建造和使用过程中,需要应用机械臂对不同舱段或目标航天器进行多次自主捕获及转位操作.文章提出应用机械臂实现空间站舱段或目标航天器自主捕获及转位的方案.其中:信息流方案中明确信息系统的构建方案,着重说明各类型数据的传输路径及方式;操控方案明确空间站舱段或目标航天器自主捕获及转位的整体操控方法,着重说明具有良好复用性并可自主执行的模块化设计过程.通过地面测试验证及在轨空间站机械臂转位货运飞船试验,对信息流方案和操控方案进行验证.结果表明:应用机械臂的空间站舱段或目标航天器自主捕获及转位方案设计正确,能够实现高实时性、自主控制、可复用的空间站舱段或目标航天器自主捕获及转位,可为后续空间站的建造及机械臂的使用打下很好的基础.
针对目前质量在 150～300 kg 小卫星的构型与结构设计存在定制化设计,面向多种载荷布局、多型运载火箭发射环境、组批快速部署的适应能力不强的问题,文章设计了一种适合组批部署的双隔板四点连接式小卫星构型与结构,采用标准主承力结构,构型截面可变,结构主承力接头X 向间距可调,并开展了结构分析及优化设计.经验证表明:在可调设计范围内,结构一阶固有频率变化小于 2 Hz,最小值为 40.8 Hz,主承力结构最低安全裕度为 0.28,可满足我国多型运载火箭的要求,具有多种载荷布局适应性强、多型运载火箭发射环境适应性强、组批快速部署适应性强的特点,可为同类型组批部署需求的小卫星设计提供参考.
针对遥感卫星星座对区域目标的观测问题,研究具有侧摆机动能力的卫星在即时覆盖成像策略下的多星协同成像任务规划方法.首先,基于轨道外推模型对区域目标中心点进行可见性分析,得到在卫星侧摆能力范围内有机会观测到目标区域的条带集合.然后,在满足用户需求约束和资源约束的情况下,将区域覆盖率、覆盖即时性、条带个数作为优化目标项构建约束满足模型.最后,利用改进的遗传算法对模型进行求解,得到最优的成像条带集合,并根据轨道外推模型对条带成像时间裁剪.仿真结果表明:该方法可有效提高调度方案的即时性,能在牺牲有限覆盖率的情况下以更短的时间和更少的条带完成对目标区域的覆盖.
首先,介绍了国外新一代各类型高轨通信卫星平台的发展现状,给出了 Spacebus-NEO、Eurostar-NEO、A2100/LM 2100、SSL-1300、BSS-702 HP、Space Inspire、Onesat、BSS-702 X、Astranis等卫星平台的主要技术指标.分析了国外新一代高轨通信卫星平台在有效载荷承载力、电推力器、空间展开机构、热控、太阳翼等方面的发展趋势,并分析了高轨通信卫星市场趋势和低成本等方面的发展特点.最后,提出了我国下一代高轨通信卫星平台的发展建议,可以作为发展我国未来高轨卫星平台的参考.
针对地面射频设备由于信号衰减必须束缚在被测卫星周围的问题,将光纤载射频技术(RoF)引入到小卫星综合测试领域,设计小卫星智能综合测试系统.该系统包括一体化智能测试软件、射频信号处理中心、光缆、射频信号远端接入点,以及总控测试设备(OCOE)软件和各分系统专用测试设备(SCOE).通过光电转换实现射频信号的远距离传输,改变地面射频设备各自为营的分散式测试模式,解决测试过程中射频测试设备布局不合理、共享不方便、需要频繁搬运的问题,从而降低测试成本,提高小卫星的测试效率.
由于受到斜视角和运动速度的影响,方位多通道合成孔径雷达(SAR)的方位模糊和速度模糊问题更加严重,从而影响斜视模式下运动目标的多通道重建与成像.为了解决该问题,文章提出了一种星载方位多通道斜视SAR运动目标成像方法.首先,分析并建立斜视模式下运动目标精确回波模型,然后,基于谱估计及改进Radon变换实现运动目标无模糊径向速度估计,对目标二维频谱进行匹配滤波实现运动目标成像.最后,点目标仿真实验验证了该方法的有效性.
梳理了美国天基空间目标监视系统发展历史及现状,通过美国发射的典型技术试验卫星和空间监视装备总结出抵近详查卫星、广域监视卫星、子母卫星 3 个天基空间监视系统发展的方向.详细介绍了典型空间目标监视系统:天基空间目标监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、空间增强型同步轨道实验平台卫星(EAGLE)、快速在轨空间技术和评估环(ROOSTER).阐述了 4 种先进空间监视系统的基本信息、任务需求及技术指标.在此基础上,根据美国天基空间目标监视系统技术特点及发展方向,结合国内情况,提出了相关建议.
我国传统地球静止轨道(GEO)卫星外热流经验已不满足当前地球同步轨道(GSO)通信卫星热设计需求.为此,文章针对小倾角GSO 卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星开展姿态控制策略、轨道倾角及升交点赤经对卫星外热流的影响规律研究.分析结果表明:对于小倾角GSO 卫星,姿态与轨道升交点赤经对南北面外热流有不容忽视的影响;对采用实时偏航控制的IGSO 通信卫星,应关注太阳翼红外热流对卫星本体的影响.
在地球静止轨道(GEO)异面多星序列交会规划中,服务卫星在轨道面内多次机动,可实现与多颗异面目标卫星在轨道面交点处依次交会,为此建立双层规划模型,并设计优化方法实现轨道机动过程燃料总消耗最小.外层以交会序列和交会时间为优化变量,属于混合整数规划问题,采用混合编码遗传算法求解.确定与各颗目标卫星的交会时间后,内层采用序列二次规划算法求解相邻 2 颗目标卫星之间的三脉冲变轨策略,最终使总的轨道机动速度增量最小.通过数学仿真验证了所提优化方法的正确性,在工程实际中能够快速获取交会序列和变轨策略,可为 GEO 异面多星在轨服务提供参考.
在分析遥感卫星原始数据质量检测的基础上,文章提出了一种基于空帧数据统计在轨遥感卫星图像原始数据误码率的检测方法,该方法利用空帧数据在原始数据中有较多的占比的特征,利用空帧数据的误码率代表原始数据的误码率.经多颗卫星工程应用验证,结果表明:该方法简单实用,既统计出误码率,又记录了误码出现的具体位置和错误情况,可支撑接收站设计最优数据接收方案,为提高遥感卫星图像质量提供基础.
