微纳卫星光学有效载荷的发展机遇与挑战

目前,微纳卫星已成为航天活动的热点领域之一,向着高性能、智能化、网络化方向发展,在航天创新发展中的作用越来越突出。微纳光学载荷要求具有体积小、质量轻、成本低等特点,各类新型微纳光学载荷技术不断发展,提供了新的解决方案。文章介绍了光学遥感微纳卫星的整体技术发展情况,结合低成本商业遥感等应用方向,分析了微纳卫星光学有效载荷的发展趋势和新型微纳卫星载荷发展面临的机遇与挑战,提出了微纳光学载荷的设计理念和关键技术,论证了在轨深度数据处理对微纳卫星星座的重要意义。文章为研制成本低、分辨率高和机动性能力强的微纳型遥感卫星提供技术基础,并提出了中国光学遥感微纳卫星的后续发展建议。

面向空间云时代的微纳遥感卫星技术发展

近年来,国际上微纳卫星技术发展迅速,多家企业和研究机构推出了各种高性能微纳卫星计划,特别是在商业遥感领域如天空盒子成像公司（Skybox Imaging）的＂天空卫星＂（Sky Sat）系列微卫星、行星实验室公司（Planet Lab）的鸽群-1（Flock-1）系列纳卫星、卫星逻辑公司（Satellogic）的＂新卫星＂（Newsat）系列微纳卫星等。

面向遥感应用和空间环境探测的微纳卫星发展思考

近年来,随着商业航天的不断发展,市场上也出现了新的声音,认为航天应用需求也表现出从高端应用向大众应用方向发展的势头.而伴以微电子技术和互联网领域的迅猛发展,微纳卫星正面临从技术试验型向业务应用化发展,从数量积累到质量性质转变的发展转折点.当前微纳卫星发射活动持续高速发展,除美、中、欧、俄等传统大国或地区外,更多的非传统航天国家也加入微纳卫星的开发行列中,不断掀起热潮,而较低成本的微纳卫星走向应用也成为了热门话题.

通过平台载荷应用一体化技术创新实现微纳卫星精而强

近年来，随着微电子技术和信息领域的迅猛发展，国内外已相继研制发射数百颗微纳型技术试验卫星，并提出了众多微纳卫星创新应用概念，微纳卫星正面临从技术试验型向业务应用化发展的转折点。未来，基于微纳卫星大规模编队组网运行的信息获取和遥感大数据处理应用将成为卫星遥感系统技术发展的重要方向，也将成为高性能空天一体化组网监测系统的重要组成。目前，在科技部国家重点研发计划“地球观测与导航”专项支持下，航天东方红卫星有限公司牵头开展“面向遥感应用的微纳卫星平台载荷一体化技术”项目研究，

“凤凰”计划关键技术及其启示

为了充分利用地球静止轨道(GEO)的轨道资源,美国于2012年启动了针对GEO卫星的重复利用验证计划——"凤凰"计划。文章介绍了"凤凰"计划的概况,重点对其系统组成、任务等方面进行了介绍,归纳了其中的关键技术,如模块卫星总体设计技术、无线能源传输技术和新型在轨捕获技术等。最后,给出了美国发展在轨服务的若干启示:卫星重用将带来航天器发展的重大变革,注重创新技术开发等。

国外高分辨率相机与卫星平台连接方式综述

文章通过对比分析高分辨率相机与卫星平台之间的结构一体化程度,总结出三种不同类型的连接方式,并对它们的受力形式以及传力特点进行了详细的列表对比和分析总结,给出了中国敏捷成像相机与卫星平台一体化设计的建议。

超低轨道卫星应用离子电推进技术方案

低地球轨道大气环境对诸如科学探测和对地观测卫星的阻尼作用十分明显,而且阻尼随太阳和地磁活动以及昼夜、季节交替变化范围宽。为了保证卫星轨道精度或飞行状态满足任务要求,需要利用推进系统对卫星受到的阻尼进行实时或间歇式补偿以实现轨道或飞行状态的保持。针对轨道高度220~268 km的无拖曳飞行和轨道维持应用,基于卫星轨道阻尼变化和有效载荷指标要求分析,研究确定了离子电推进技术指标、推力调节方案、系统组成、推力控制方案和在轨应用策略,并对推力调节方案进行了试验验证。结果表明,与无拖曳飞行卫星任务匹配的离子电推进指标为推力调节范围1~20 mN,推力分辨率优于12μN,与对地观测卫星轨道维持任务匹配的指标为推力调节范围1~25 mN,推力分辨率100μN。研究提出的针对超低轨道卫星应用需求的高精度推力连续调节离子电推进技术方案,具有工程任务针对性和参考价值。

超低轨道卫星技术发展与展望

介绍了国外超低轨道卫星的发展历程,重点对近年来在超低轨道成功飞行的重力场与稳态洋流探测器(GOCE)和超低轨测试卫星(SLATS),从卫星轨道飞行剖面、任务效能、轨道维持等方面进行了介绍。分析了超低轨道卫星面临的低阻力构型设计、电推进、轨道维持、原子氧防护等关键技术,以及超低轨道卫星的技术特点,展望了超低轨道卫星在遥感、物理场探测等方面的应用前景,并给出了超低轨道卫星的发展建议。

SkySat卫星的系统创新设计及启示

介绍了美国天空盒子成像公司的新型微小商业遥感卫星系列——"天空卫星"(SkySat)的性能、产品及系统运行情况。简述了此卫星系列的高分辨率图像和高清视频数据产品指标、应用定位及设计和研制中的新理念。描述了其天地一体化的系统运行模式,并重点分析了其独特的系统设计思想,以及数字延迟积分成像、谨慎商业现货应用、动态任务规划等技术创新。最后,在此基础上总结出其在遥感卫星应用模式多样化、卫星系统设计一体化、低成本小卫星星座化等方面对微小卫星研制及应用的相关启示。

双基高比线面阵结合立体测绘几何模型的构建

目前,中国1︰5 000大比例尺航天立体测绘及城市测绘能力存在不足,现有光学测绘卫星的性能指标和测绘体制难以满足大比例尺立体测图的需求,亟需开展甚高精度航天立体测绘新体制研究。文章提出双基高比线面阵结合测绘新体制,以解决在城市等复杂地物目标测绘中存在的遮挡、畸变和辐射差异等问题。以共线条件方程为基础,分析面阵相机和线阵相机的成像机制,给出顾及像点特性的各类系统误差模型,引入各类附加观测值,建立双基高比线面阵结合立体测绘的传感器严格几何成像模型,并基于仿真影像进行双基高比线面阵结合定位精度分析,验证了成像模型的正确性,可为实现1︰5 000比例尺甚高精度航天立体测绘提供一种新思路和解决途径。

一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统设计

介绍了离轴三反光学系统初始结构的设计方法,并用该方法进行离轴三反光学系统设计。用ZEMAX软件设计了一个焦距为1 000mm,F数为10,垂直轨道方向视场为±4.0°,沿轨道方向为6.0°和6.5°的光学系统。结果表明,该光学系统在空间频率71线对/mm处,调制传递函数均大于0.4,且三镜为球面,具有易于制造装调等优点。

集成式双线阵立体测绘相机光学系统设计

针对双线阵立体测绘相机光学系统设计指标的要求,设计了一种三反离轴光学系统,并针对该光学系统的特点,对像质进行了分析.光学系统设计传递函数在0.6左右(在50lp/mm处),相对畸变小于3×10-4,校正绝对畸变小于20μm,相机在成像质量方面达到立体测绘的要求.同时,为了使相机在体积尺寸小、结构紧凑及轻量化等方面满足卫星平台的要求,采用了一种新型的光学系统布局,在减小双线阵立体测绘相机的体积、材料及减轻重量等方面,具有独特的优势;光学系统可以安装在同一机械结构体内,以利于采取有效的热控措施,将主镜以一定的交会角在同一基准上支撑、装调,所以它具有尺寸稳定性好,温度敏感度低等优点.

一种基于Si-APD的X射线单光子探测电路设计

X射线单光子探测电路是将入射X射线单光子转换成电信号,进而测量入射光子到达时间和能谱特性的电路,是X射线脉冲星导航的关键技术之一。文章通过分析X射线脉冲星的辐射特性提出了一种基于硅-雪崩光电二极管(Si-APD)的探测电路,Si-APD探测器通过外置偏置高压对入射X射线单光子电离出来的电子进行雪崩放大,偏置电压随着温度的变化自动调节,保证Si-APD增益的稳定性。雪崩抑制电路的作用是对探测器进行复位以探测下一个X射线单光子,文章给出了雪崩抑制电路的工作原理和设计方法,并进一步讨论了在单光子探测应用条件下的前置放大电路和主放大电路设计,合理设计电荷灵敏前置放大器是实现电流电压转换、高增益、低噪声和高时间精度的关键技术,整形带通主放大器作为Si-APD的放大电路,设计合适的带宽和增益可以提高系统信噪比、稳定性、时间分辨率和能谱测量精度。该电路相比于正比计数器、硅漂移探测电路等,具有体积质量较小、可靠性高、造价低廉等优点,可实现高速、高信噪比的X射线单光子探测电路设计。

空间光学遥感器扫描运动部件运动学与动力学分析方法研究

利用CAE的建模及仿真技术并应用运动学和多体动力学分析软件 (RecurDyn)与结构力学分析软件 (Nastran)相结合的分析研究方法为解决某类带扫描运动部件的空间光学遥感器的运动特性分析及设计提供了参考 。

发展空基发射小卫星技术的意义和途径

随着小卫星功能密度的增加，小卫星的发射市场呈现出日益增长的势头。目前的小卫星多数是采用陆基运载火箭发射，相对发射费用高，准备周期长，与日益增长的小卫星发射需求不相适应，急需寻找一种能够以负担得起的成本将小卫星送入太空的方法。而空基发射由于具有机动、灵活、高效、廉价等优势，成为一种必然选择。

高光谱遥感大气辐射校正技术的研究

为满足高光谱遥感图像定量化解译的需求,针对现有大气校正方法面临的大气参数不同步问题,对基于大气参数空间同步获取的大气辐射校正技术进行了研究。首先总结了利用卫星搭载专用大气辐射校正载荷,同步提供大气校正参数与地表反射特性的方法,从根本上解决辐射传输模型中的大气参数难以同步获取的问题。其次结合国外在轨运行的高光谱遥感卫星的调研结果,在大气校正载荷的设计一尤其是谱段选择和优化方面对载荷系统的方案特点和技术指标进行了归纳.并选取EO-1 Hyperion高光谱遥感图像进行了大气校正,从校正前后图像的视觉效果、光谱特性、典型地物的分类识别效果三方面分析了大气校正对高光谱遥感定量化应用性能的提升。最后对大气辐射校正技术的发展前景进行展望。

空间光学精密展开机构多功能铰锁的发展

近年来空间光学精密展开机构多功能铰锁得到了很多国家的重视和广泛的研究。多功能铰锁具有铰链、展开和锁定三项功能。综述了多功能铰锁国内外发展概况,介绍了国内发展多功能铰锁的技术难点和下一步发展的重点,提出了我国有必要进行这方面研究的建议。

仿生壁虎微纳米黏附阵列的空间应用

采用仿生壁虎微纳米黏附阵列作为在轨服务时的捕获载荷,可为在轨对接提供一种新型模式。文章介绍了在轨对接技术的研究现状,重点介绍了仿生壁虎微纳米黏附阵列的作用原理及研究动态,并分析了其空间应用领域,以及需要突破的关键技术。

“凤凰”计划研究进展及其启示

地球静止轨道（GEO）卫星以其独特的轨道特性，在民用和军用领域正发挥着越来越重要的作用，该类卫星的损坏和失效将造成巨大的经济损失和极大的社会影响。