小卫星星座批产研制模式设计与实践

为适应低轨小卫星星座体系化应用需求,设计、实践出一套面向批产的小卫星研制模式。某批产小卫星星座通过整星仅一次合板即最终状态,产品交付即落焊,裁剪、简化环境试验,投产管路模板实现卫星结构装配与管路焊装并行实施,发射场带翼运输,全无线测试等批产创新策略,构建了小卫星批产体系,实现了年出厂20颗以上500 kg级小卫星的能力,为建设高密度小卫星星座奠定了基础。批产策略与方法均经实际验证,与传统小卫星研制相比,将批产星总装、集成与测试(AIT)周期由1年以上缩减为3个月以内,将发射场工作周期由35~50天缩减为20天,实现了快速研制、快速发射与快速在轨应用,有效促进了低轨小卫星星座高效规模化部署。

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1～10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。

高精度激光通信小卫星星座仿真平台设计

针对小卫星星座中卫星间激光通信的要求,提出了一种高精度激光通信小卫星星座仿真平台,该平台由两个模拟卫星和一个控制中心组成。模拟卫星以高精度三轴气浮转台为卫星平台,由星务计算机和各种星上姿态敏感器及姿态执行器构成,高精密气浮转台为卫星提供仿真工作环境,星务计算机、姿态敏感器及执行器为卫星平台实现高精度的指向提供了保障。该仿真平台可根据任务需要进行双星主从控制、双星协同控制、三星主从控制、三星协同控制和单星故障控制仿真,仿真结果表明,提出的仿真平台可以满足小卫星星座激光通信的要求,为下一步深入研究小卫星星座激光通信及小卫星星座智能控制技术提供了参考依据。

对地观测小卫星星座长期任务规划求解技术

针对小卫星星座的成像特点和约束特性,建立长期任务规划数学模型。将该模型分解为初始轨道分配和冲突消解两阶段进行求解:首先将初始轨道分配问题映射为图的k-GCP模型,并提出了贪婪顶点序列着色算法进行分配;然后采用区间变量表示成像时间,根据区间变量间的时间关系对影响任务拓扑排序,设计了一种基于深度优先搜索的任务规划算法进行冲突消解。算例表明,该方法能够在满足时效性的前提下解决小卫星星座的长期任务规划问题。

区域观察小卫星星座重构方法研究

在对地观测任务中 ,经过优化设计的卫星星座通常具有较强的适应能力。但是 ,当星座中某颗卫星失效或地面需求发生变化时 ,就需要进行星座重构 ,以恢复或增强对部分地区的观察能力。提出了小卫星区域观察组网的方法 ,重点探讨了在应急情况下区域观察小卫星星座的重构问题 ,研究了节省能量的卫星轨道机动方法 ,特别提出了保持轨道属性和星座基本构形的预置量机动方法 ,分析了应急机动星座重构的几种情况 。

小卫星星座非IP组网建模与仿真

针对移动IP技术需要依赖地面的家乡代理完成每个卫星地址注册与解析的不足,给出一种新的非IP构架的小卫星星座组网模型,并设计相应网络通信协议。组网模型不使用中高轨道卫星做数据与测控中继节点,在星际链路上使用定向天线指向器保证星际链路的连续性和链路切换。在OPNET平台上设计了通用的卫星节点通信模型和一个基于加权最短路径算法的卫星路由信息协议(SRIP),并进行了星座组网仿真实验。仿真结果验证了星座组网模型设计的正确性。该模型为小卫星星座依赖于自身网络,而不依赖于中高轨道卫星做中继完成网络测控提供了一种新思路。

水利小卫星星座总体构想

卫星遥感技术可实现大范围全天候全天时的动态监测,在水利遥感中发挥着重要的作用。但是目前尚无专门针对水利行业的卫星星座,因此卫星影像的时空分辨率不足以满足水利行业应用,无法有效支撑智慧水利和数字孪生的建设。针对水利行业的需求,提出了空间分辨率优于1 m,时间分辨率优于1 h的SAR(Synthetic Aperture Radar)/光学混合小卫星星座,阐述了其总体设计和关键技术,为水利及其相关的农业、环保等行业提供定制化服务,以支撑国家水利重大战略。

低轨小卫星星座发展中的国际安全治理研究

随着低轨小卫星星座的迅速发展,相关的国际安全问题日益突出。主要原因在于低轨小卫星星座发展过程中规则标准不完善或针对性不强,不公平的低轨位置"先到先得"原则,小卫星为节约成本防御能力更低,低轨小卫星星座易受攻击的节点更多,以及遭受网络攻击时归因困难,太空交通事故易发等,这些都使得低轨小卫星星座面临较严重的威胁。为此,中国作为发展中的太空大国,应积极参与低轨小卫星星座安全治理,推动国际电信联盟主导性介入频率/轨道相关立法规范和监督执行,避免"囤积频谱"和恶性争夺行为。同时,提高小卫星网络防御能力,发展太空态势感知能力,推动建立国际沟通合作机制,增加小卫星星座安全弹性和安全保障。另外,要利用合适时机和有效方式,推动相关机构制定小卫星主动离轨能力、数据共享的标准要求,以及更具可操作性的太空碎片缓解措施。

环境与灾害监测预报小卫星星座A/B卫星运行与发展展望

环境与灾害监测预报小卫星星座A/B卫星(简称环境减灾一号A/B卫星)于2008年9月6日发射入轨,到2018年9月已经运行十年。十年来,作为我国环境与灾害监测预报首个专用卫星星座,双星一直在为我国环境保护、灾害监测及其他行业提供连续不断的可见光、红外及超光谱遥感数据信息。文章分析整理了十年来双星在轨星座运行情况、卫星供电情况及其他卫星主要功能状态,简述了成像任务及应用情况,分析提出了星座主要技术成果,总结了双星设计与在轨运行的成功经验,并对环境减灾后续卫星技术进行了分析与展望。

快速响应小卫星星座设计及覆盖性能仿真分析

传统的卫星星座设计以全球覆盖为目的,由于轨道较高、针对性小且无法满足热点地区的信息需求,提出了一种适用范围广且可以满足快速响应需求的小卫星星座设计方法,建立了快速响应小卫星星座设计数学模型。首先采用解析几何分析的方法,研究了星下点轨迹与覆盖圆的位置关系对特定目标区域覆盖和响应性能的影响,设计出了满足特定需求的轨道;然后基于设计出的轨道提出了快速响应小卫星星座设计方案;最后以雅安地区为目标点运用MATLAB和STK相结合进行数值仿真,仿真结果与数学模型得出的结果一致,提出的星座方案对于雅安地区能够实现每隔1150s覆盖126s,验证了模型的正确性。

小卫星星座系统级EMC设计与验证

针对小卫星星座系统级电磁兼容性(EMC)设计和验证的难度大、风险高等问题,从星座系统级EMC统筹设计和频率规划、星座系统EMC测试验证等方面,介绍小卫星星座系统级EMC设计及验证过程,提出基于最小资源占用的星座系统级EMC设计理念,以及基于模拟边界条件的逐级分步式EMC验证策略。小卫星星座应用实践结果表明:该设计理念可以显著降低星座频率资源、设备资源,减小EMC设计的频域隔离、空域隔离等难度;该验证策略可以尽早发现可能存在的EMC问题并及时解决,降低工程研制风险。设计理念和验证策略可行有效,可为复杂航天器系统的电磁兼容设计提供参考。

下一代小卫星星座通信系统发展综述

自20世纪90年代以来,小卫星星座通信系统开始受到各国的广泛关注,特别是以全球无缝卫星覆盖、可手持终端和大容量为主的移动卫星通信系统发展尤为迅速。随着全球陆海空移动通信需求的不断增大和卫星使用年限将满,从2007年开始,各主要小卫星星座运营公司开始了第二代系统的研制。而新兴的03b网络公司、外联网（Outemet）项目也在此时加入进来,致力于开发新一代小卫星星座通信系统。

小卫星星座爆炸解体对空间碎片环境影响分析

本文对LEO大型小卫星星座系统在轨爆炸解体事件发生概率进行评估,并分析了爆炸解体事件对邻近轨道空间碎片环境的影响。基于哈工大空间碎片环境工程模型SDEEM2015研究成果,结合公开发表的OneWeb星座相关资料,本文侧重对大型小卫星星座爆炸解体事件产生的大尺寸空间物体对星座中其他卫星,以及邻近轨道飞行器构成的威胁进行评估。分析结果显示,由于大型小卫星星座中卫星数目众多,为保障系统整体不发生爆炸解体事件,单个卫星爆炸概率必须严格限制。一旦星座中某卫星发生爆炸解体事件,解体初期解体碎片集中在母体轨道平面;在轨道摄动因素的影响下,几年后解体碎片将逐步扩散到其他轨道平面,对整个星座系统构成威胁。OneWeb星座运行轨道高度较高,生成的大尺寸解体碎片寿命可达几十年甚至几百年。星座中卫星轨道分布集中,单个卫星发生爆炸事件生成的解体碎片群与星座中其他卫星发生二次碰撞解体事件的频率接近0. 002次/年,这将有可能导致二次碰撞的发生,造成邻近轨道空间难以逆转的链式反应,甚至导致雪崩效应。

国外高分辨率小卫星星座进入高速发展期

近年,小卫星技术、新型成像探测器和图像处理技术以及以移动通信技术和大数据技术为代表的IT技术高速发展,带动了美国特拉贝拉公司（TerraBella）、美国黑天全球公司（BSG）、美国赫拉系统公司（HeraSystems）、加拿大地球直播公司（UrtheCast）和阿根廷卫星逻辑公司（Satellogic）等一大批新兴商业对地观测卫星公司进入市场.

小卫星星座及其自主运行技术

介绍了小卫星星座的概念、研究和发展水平 ,指出小卫星星座具有单个小卫星无法替代的独特功能 ,在很多领域有着广泛的用途 ;同时着重强调了它在军事上的重要意义。针对小卫星星座的自主运行 ,重点研究了星座自主导航和自主维持技术。

“磁层-电离层-热层耦合”小卫星星座探测计划背景型号任务研究简介

2016年6月,中国科学院遴选出5个空间科学卫星项目,争取在2020年前后发射,＂磁层-电离层-热层耦合＂（MIT）小卫星星座探测计划就是其中之一。该计划对于深入理解空间天气的一些重要物理过程有着重要意义,与国际同领域的任务相比,他具有独特的切入点和创新思想。

满足网络测控的Walker小卫星星座参数分析

针对中国地域分布实际情况,给出了几种对我国区域有较好二重覆盖的30星星座方案,并通过STK仿真分析和比较,得到一种较优的方案,满足不依赖于中高轨道卫星,只依赖小卫星自身星座的网络测控需要。

小卫星星座的最优脉冲变轨研究

针对小卫星星座 ,进行星座发射中的最优脉冲式变轨研究。给出了形成星座的脉冲式变轨的基本原理 ;基于卫星相对运动状态转移方程 ,推导出了星座双脉冲式变轨的理论解 ,即所要施加的脉冲控制量的解析式 ;利用遗传算法 ,对双脉冲式变轨的脉冲控制量进行了优化计算 ,求得了使总变轨脉冲最小的最优变轨时间。最后 ,探讨了星座脉冲式变轨的工程实现途径 ,为工程应用和研究提供参考。

基于CARTWHEEL构型的小卫星星座有效基线分析

编队小卫星有效基线分析是编队小卫星SAR系统性能分析的关键,提出了针对Cartwheel编队构型的精确基线分析方法。将小卫星星座绕飞轨迹Hill方程与地球自转相结合,综合考虑两者的影响,精确的对Cartwheel构型星座有效基线进行仿真计算,并且对星座在不同轨道位置的基线偏差进行了分析。

环境与灾害监测预报小卫星星座应用前景

随着空间技术的不断发展，空间技术在灾害预警和减灾救灾方面的应用越来越受到人们的重视，并展现了它巨大的应用潜力。在过去的20年，10多个国家和组织成功地把各种地观测卫星送入太空，并逐渐成为人类对抗各种自然和人为灾害的有效手段之一。