东方红系列通信卫星控制技术发展综述

自1975年至今,我国已成功发展了以东方红系列为主的多型通信卫星平台,累计发射卫星70余颗,为我国国民经济和国防建设做出了重大贡献.概述我国东方红系列通信卫星平台的发展历程,梳理通信卫星控制系统发展脉络及主要特点,重点从姿态控制、轨道控制、信息体系架构和自主健康管理4个方面阐述了通信卫星控制技术主要进展.在此基础上,结合空间任务需求,对通信卫星控制技术的未来发展方向进行分析和展望,助推未来创新发展.

基于高低温分区热管网络的高轨通信卫星散热能力提升方法

针对我国高轨通信卫星不断提升的散热需求,提出采用基于高低温分区热管网络的热设计方法。在分析热管网络散热能力的基础上,进行设备分区布局设计、分区热管网络散热面设计和分区热管网络布局设计。该方法可在保证卫星仪器设备工作温度、不降低热设计可靠性、不增加分系统重量及功率需求的前提下,将卫星散热能力提升15%~20%。文章还结合近些年通信卫星研制中的经验和教训,归纳给出高低温分区热管网络设计中的注意事项,以期为相关工程设计提供有效指导。

通信卫星星箭耦合分析研究进展及建议

文章简要回顾国内外星箭耦合分析的基本方法,并以“东方红”系列通信卫星为实例,介绍了中国近年来在星箭耦合分析工作方面取得的一些研究进展,包括卫星有限元模型缩聚的二次缩聚方法、液体晃动对星箭耦合分析结果的影响;对比了国内外依据星箭耦合分析结果制定卫星正弦振动试验下凹条件的应用差异;讨论了星箭耦合分析的准确度、敏感度分析等问题;并对后续的星箭耦合分析工作提出若干研究发展建议。

低轨通信卫星双向测量差分定位方法

在非地面网络中,依托低轨通信卫星的星地链路、卫星载荷以及地面终端等资源,实现定位解算,是实现未来6G通感一体化的重要技术手段之一。在手机直连卫星等场景下,终端设计上往往只与一颗卫星进行通信,探索单星定位方法具有十分迫切的意义。针对以往单星连续观测定位精度因子差、时钟同步困难、收敛速度慢等难题,提出了一种低轨星座场景下的双向测量差分定位方法,并基于卫星位置精度因子设计了位置更新策略。利用星地链路,采用单程双向测距方法消除时钟误差,通过时间累计测量、终端随机切换的方式弥补单星观测的空间缺陷,优化了终端定位性能。在仿真场景下,基于SpaceX的卫星轨道参数,对所提方案进行了验证,结果表明,采用随机切换卫星的方法进行测量,相比于未切换保持单星测量的终端,定位性能提升近100%;联合解算多个时刻观测数据,能够提升精度收敛速度,减小定位误差,在180 s的仿真时间内利用512次观测数据,当终端切换次数为19次时,最优定位精度可达299.5 m。

基于软件无线电的通信卫星柔性测试技术

针对通信卫星有效载荷地面测试系统专用化程度高、人员操作性差、软件兼容性低、迭代更新成本高的问题,文章提出一种基于软件无线电的卫星柔性测试技术,发挥软件无线电支持高级语言编程和灵活程度高的特点,将不同通信卫星有效载荷体制以软件自定义实现的方式统型到通用的硬件平台,设计可用于各型通信卫星有效载荷测试的通用化地面测试设备,实现卫星有效载荷测试技术经济一体化。经在卫星移动通信载荷和航空监视载荷中实际测试验证,结果表明:基于软件无线电的卫星柔性测试设备满足通信卫星有效载荷的测试需求,可为软件无线电技术在卫星测试领域的探索和应用提供参考。

2023年国外通信卫星发展综述

2023年,国外通信卫星领域共实施85次发射,成功将2221颗通信卫星送入太空,发射数量再创新高。低轨通信卫星仍为发展热点,低轨军用星座实质性启建,多个低轨商业星座部署迈入新阶段,手机直连卫星领域取得新进展,传统高轨运营商和新兴卫星互联网公司进一步加深合作;同时,高轨卫星也持续推进部署,但新发高性能卫星的在轨可靠性问题引发全球热议。整体来看,通信卫星领域发展竞争态势激烈,将持续进行重大整合和变革,高中低轨融合、天地一体化发展是必然趋向。

通信卫星天线能力因数分析及应用

针对目前不同频段的大波束卫星与高通量卫星之间缺乏统一的性能评估技术框架,以及卫星初步设计阶段天线覆盖性能需要多次迭代设计的问题,提出一种综合卫星天线增益和波束覆盖面积的通信卫星天线能力因数,该参数具有与天线增益与波束覆盖面积无关的特点。应用此参数的卫星性能评估方法,能够使不同频段大波束卫星和高通量卫星的天线在统一技术框架下进行对比。此外,基于现有在轨不同技术体制通信卫星的天线能力因数统计均值,提出一种卫星天线波束快速设计方法,能够解决卫星初步设计阶段天线覆盖性能的快速迭代问题。将该因数应用于卫星天线波束的工程设计中,结果表明:卫星天线波束设计方案具有较高准确性,能够有效提高卫星设计过程效率,具有应用推广价值。

移动通信卫星转发器多通道幅相一致性测试方法

通过对热真空下移动通信卫星多通道幅相一致性测试误差进行分析,提出卫星转发器多通道幅相一致性测试方法。利用厂家数据和单机级测试数据,明确保证测试系统多通道幅相一致性所需的温度范围,制定幅相一致性测试系统的控温策略,即利用分片式红外笼、高精度恒温铝槽、罐外控温箱等对热真空罐内外测试链路进行精确控温。利用整星热试验验证热真空下转发器多通道幅相一致性测试方法的有效性,测试结果为幅度一致性[-0.12dB,+0.16dB]和相位一致性[-1.74°,+2.72°],优于幅度一致性[-0.30dB,+0.30dB]和相位一致性[-6.0°,+6.0°]的技术指标要求。文章提出的方法可应用于多种类型卫星的热真空试验。

猎鹰9火箭发射2颗O3b增强型通信卫星

2023年11月13日,猎鹰9火箭在卡纳维拉尔角太空军基地发射了SES公司的第三对O3b增强型通信卫星,帮助受供电困扰的星座有望在2024年二季度开通初期商业服务.本次发射采用了已用过8次的火箭第一级,又成功实施了海上落船回收.

轨道倾角对地球同步轨道通信卫星外热流影响分析

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。

国外新一代高轨通信卫星平台现状与分析

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-702HP、Space Inspire、Onesat、BSS-702X、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。

低轨通信卫星多普勒定位性能分析

为了研究低轨通信卫星多普勒定位性能,首先分析了低轨卫星的对地覆盖特性、信号传输特性以及多普勒频移特性,推导了多普勒定位原理和方法,提出了适用于多普勒定位的精度因子.基于已在轨的铱星和全球星系统,解算了全球范围可见卫星数和定位精度因子,并对相应测站进行了定位仿真实验和误差分析.结果表明:对于铱星和全球星系统,随着纬度降低,卫星可见数减小,多普勒几何精度因子变大;多普勒定位结果精度同时受到频率测量精度、卫星位置误差以及卫星速度误差影响,当卫星位置误差小于10 m、卫星速度误差小于0.1 km·s^(−1)时,对定位结果影响不大,此时频率测量精度成为影响定位精度的决定性因素,且当频率测量精度为0.01 Hz时,定位精度可达1.18 m.

基于低轨通信卫星的差分定位性能仿真研究

低轨通信卫星技术的快速发展为室外定位提供了一种定位方法,可以作为当前卫星定位系统的一种补充。由于低轨卫星星座变化较快,可以解决现有卫星定位系统中卫星遮挡的问题,即可以利用低轨卫星实现跨轨道融合定位。但是低轨卫星在设计成本上较低,相比于现有的卫星定位系统其时钟精度较低,因此基于伪距的定位方法会带来较大误差。针对该问题,提出了一种基于低轨卫星的差分定位方法。构建低轨卫星定位模型,并对误差进行分析。在此基础上设计差分定位技术,消除卫星轨道误差、摄动误差和时钟偏移等误差源,实现了一种基于低轨通信卫星的定位方法。在实现差分定位后,低轨卫星还可以与其他定位系统融合解决遮挡下的定位问题,为此设计了跨轨道融合的定位方法,可以保证遮挡环境下的定位可靠性。仿真结果表明,差分定位方式的中值定位误差为8.01 m,有效地实现了基于低轨通信卫星的定位。

电推进技术在通信卫星领域工程化应用综述

结合主流离子和霍尔电推进技术特点,介绍其用于地球同步轨道(GEO)卫星和低地球轨道(LEO)卫星的不同优势。从空间任务定位、产品特点、不同轨道高度空间环境差异等角度,分析电推进技术发展在轨道转移、高精度推力矢量控制等方面的总体需求及应用特点。提出电推进技术在通信卫星领域工程化应用在指标、布局、卫星匹配性等方面的系统设计思路,以及产品化、电磁兼容性设计、可靠性和长寿命验证等方面的发展建议,可为后续电推进产品研制提供参考。

通信卫星灵活载荷技术综述

通信卫星逐步由高轨地球同步轨道卫星向高、中、低轨结合的全球覆盖卫星方向发展,多业务和多重覆盖的发展趋势对通信卫星的灵活性提出了更高的要求。通信卫星配备灵活载荷已经成为重要发展方向,对面向个人用户的高通量通信卫星及高、中、低轨结合的组网通信卫星来说尤为重要。配备灵活载荷的通信卫星能实现端到端业务,能灵活调整覆盖区,实现灵活组网,并提升资源利用率。分析了国内外通信卫星灵活载荷的发展动态,介绍了通信卫星灵活载荷的技术特点,并给出了有效载荷方案,最后阐述了通信卫星灵活载荷发展的关键技术及发展思路。

低轨通信卫星增强GNSS定位性能分析

为探讨低轨通信卫星对全球导航卫星系统(GNSS)定位性能的增强效果,本文设计了不同轨道高度、轨道类型、低轨卫星数量的低轨卫星星座,通过这些低轨卫星与北斗卫星导航系统(BDS)和全球定位系统(GPS)的组合星座对全球范围内4个测站进行可见性和覆盖性分析,并对低轨卫星星座单独定位能力进行分析。结果表明,不同数量低轨卫星对GPS/BDS增强效果差异明显,数量越大,增强效果越明显;低轨卫星轨道低,几何运动速度快,位置精度因子(GDOP)值变化快,可有效缩短GPS/BDS定位收敛时间。

文昌发射场通信卫星塔架电缆设计方案及测试验证

海南文昌发射场的高温、高湿、盐雾等环境问题给通信卫星塔架电缆设计提出挑战。为此,文章在借鉴西昌发射场塔架电缆设计的基础上,提出塔架电缆由A1段、A2段和B段3个电缆分支组成;继而针对文昌发射场环境特点详述了塔架电缆在设计、铺设和使用方面关键点;最后对塔架电缆进行了测试验证,给出了测试内容和注意事项。所设计的塔架电缆已在3颗通信卫星正样星上得到验证,测试流程已基本固化,并形成了相应的操作性文件。

通信卫星系统潜在故障识别与应对方法

针对新一代高集成度、高复杂度通信卫星系统应用背景,以通信卫星平台长寿命、高可靠设计需求为牵引,提出一种基于系统理论事故模型与过程(STAMP)的系统级潜在故障识别与分析方法,在总体设计早期即提出对卫星平台各分系统的可靠性设计需求。以某地球同步轨道(GEO)通信卫星为例介绍该方法,通过构建系统控制逻辑架构自上至下地分析潜在的不安全控制过程,通过检查控制与反馈回路的各环节确定故障发生场景,提出对控制过程的约束条件以消除或降低故障发生的可能,最终形成有针对性的分系统可靠性设计需求。

基于星载网络探针的通信卫星信息安全监测系统设计

为提升通信卫星信息安全防护能力,在星上资源受限的情况下,实现系统信息安全监测,在比较部分典型信息安全防护设计的基础上,梳理通信卫星系统基本特性和面临的安全威胁,分析并总结安全防护能力提升的制约因素,提出一种利用星载网络探针技术采集卫星安全数据,依托地面系统构建数据分析平台和综合监测系统的信息安全监测方法,在资源占用度较低的前提下保证卫星业务正常运行,实现系统安全监测和安全告警,并对系统实际工作运行展开分析和验证。

美国战术抗干扰通信卫星体系最新发展研究

2023年3月8日,美国天军(USSF)太空系统司令部(SSC)宣布成功通过在轨卫星演示了“防护战术企业服务”(PTES),验证了美国天军抗干扰卫星通信地面段能力。此次演示使用商业卫星进行空中测试,首次集成PTES项目所有端到端能力,标志着美军围绕战术抗干扰通信卫星体系建设又迈出了一大步。本文对美国近年来通信卫星战术抗干扰能力相关项目以及未来通信卫星体系架构发展情况进行阐述,并提出相关启示。