地球低轨道空间站往返月球的转移轨道设计

围绕地球低轨道空间站约束下的地月往返转移任务,基于圆锥曲线拼接模型和兰伯特问题提出了该约束下的地月/月地转移轨道解析设计方法,并利用高精度动力学模型对初始轨道设计方法进行了验证;对中国空间站和国际空间站往返于月球的转移轨道进行了特征分析,包括轨道转移窗口、速度增量、转移时间以及月固坐标系下的可达月球低轨道和出发月球低轨道。结果表明:中国空间站或国际空间站与月球低轨道之间的往返轨道转移窗口每月至少存在3个;空间站轨道倾角不影响速度增量与转移时间,且不影响可达月球低轨道或出发月球低轨道在月固坐标系下的轨道倾角-升交点经度分布;利用高精度动力学模型可有效针对轨道面约束下的初始轨道设计结果进行修正。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

面向大规模低地球轨道卫星网络的星间链路连接策略

针对大规模低地球轨道(LEO)卫星网络,提出了2类新型星间链路(ISL)连接策略:Grid-V和Grid+,并对传统的Grid连接策略进行改进。所提策略充分利用了次邻轨和跨邻轨星间链路,Grid-V连接策略舍弃了Grid连接策略的轨内链路,利用次邻轨和跨邻轨的星间链路形成网络拓扑;Grid+连接策略在保留Grid连接策略中的星间链路基础上,允许卫星与同轨道或者次邻轨道卫星建立跨星连接。针对Walker-Delta星座构型的大规模LEO卫星网络,设计了基于所提星间链路连接策略的最短距离路由算法,并分别从几何拓扑和数据包层面对路由进行了系统级仿真,以评估各连接策略的性能。仿真结果表明,在几何拓扑层面,所提策略可以有效减少平均路由跳数与路径切换次数;在数据包层面,所提策略在往返时延及抖动、路径占用率、平均吞吐量等方面具有更好的性能。

基于改进广义正交匹配追踪的低地球轨道卫星MIMO-OTFS系统的信道估计方法

针对基于多输入多输出(MIMO)技术和正交时频空间(OTFS)调制的低地球轨道卫星系统的复杂性带来的信道估计困难问题,提出一种基于改进广义正交匹配追踪(GOMP)的信道估计方法。根据单输入单输出(SISO)-OTFS系统的输入输出关系和低地球轨道卫星信道的传播特性,建立一种基于MIMO-OTFS的低地球轨道卫星信道模型,并将系统的信道估计问题转化为稀疏信号的恢复问题。考虑到传统的GOMP算法存在对稀疏度的过度依赖和对稀疏信号的重构精度差等问题,所提方法结合了分段弱正交匹配追踪(SWOMP)的弱选择思想和广义Jaccard系数的相似性准则,以快速准确地重建稀疏信号。仿真结果表明,当天线数为16且导频开销比为0.5时,与正交匹配追踪(OMP)算法相比,所提方法的归一化均方误差(NMSE)降低了约2.5 dB,误码率(BER)降低了约5 dB。

低地球轨道卫星星座地球固定足印模式覆盖域切换方法

在低地球轨道卫星星座中,当采用地球固定足印模式时,波束在覆盖域之间的切换会影响对地覆盖的仰角,进而影响通信质量。针对地球固定足印模式下的覆盖域切换问题,提出了一种覆盖域切换方法。首先,设计了覆盖域划分机制,使覆盖域拓扑保持规则性;然后,以最大限度地增大波束对地面的最小仰角为目标,设计了切换时刻选择机制和目标覆盖域选择机制。所提方法考虑了极轨星座和倾斜轨星座的差异,同时支持2种星座。以OneWeb和Telesat星座为仿真场景,验证了所提方法。仿真结果表明,所提方法能够有效增大波束对地面覆盖的最小仰角,从而有助于提升链路质量。

基于终端流量预测的低地球轨道卫星互联网资源分配策略

针对地面网络存在覆盖盲区和卫星网络通信资源利用率低等问题,提出了基于终端流量预测的低地球轨道(LEO)卫星互联网资源分配策略。该策略利用真实数据集提出改进LSTM-ARIMA算法,准确预测地面区域未来一定时间内产生的数据流量,通过Stackelberg博弈构建差分化数据传输和任务卸载2种通信模型。综合考虑数据处理时延和能耗,通过求解纳什均衡,得到用户通过LEO卫星互联网传输数据或卸载任务的最优比率,以及卫星提供网络服务的最优定价。仿真结果表明,所提策略在数据传输服务中收益能提高约40%,在任务卸载服务中收益能提高约50%。

低地球轨道卫星技术对5G网络性能的影响分析

随着第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)网络技术的持续进步和广泛应用,低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星技术被认为是提高其性能的核心要素之一。LEO卫星在提高带宽、降低时延、扩展网络覆盖范围以及改善通信质量等方面可显著优化5G网络性能。但两种技术的整合也带来了新挑战,主要表现在频谱资源分配问题、卫星通信和地面基站之间的配合、自然因素在通信中的作用以及安全性与隐私保护等方面。本研究为应对上述挑战提出了优化策略,主要包括频谱资源管理、卫星-地面通信系统集成方案、预报和减缓天气影响技术及强化通信安全性与隐私保护措施等,目的是进一步提高5G网络性能与可靠性。

面向非地面网络多QoS保障的低地球轨道卫星星座设计

低地球轨道卫星星座(LSC)能够为非地面网络(NTN)提供无缝和快速连接,但无法为用户提供足够的服务质量保障,严重影响了NTN系统性能。综合考虑多个QoS指标,建立了LSC的容量与下行链路预算模型,进而,将星间链路的建立制定为QoS保障的链路预算问题。提出了带有改进交叉和变异算子的非支配排序遗传算法(INSGA-II)优化LSC的配置,实现多重覆盖率和系统容量的最大化以及星座成本的最小化。数值结果表明,与Telesat和Kepler相比,所设计的LSC具有相当甚至更高的性能,且其星座规模仅为Kepler系统的64%。

面向用户传输差异的低轨道地球卫星资源分配策略

低轨道地球卫星(LEO)上行链路通信场景下,针对不同用户对于高容量传输(HCT)和高可靠性传输(HRT)需求的差异性,对2种不同需求的用户进行频谱共享,建立HRT用户需求受限下的HCT用户总和容量最大化的资源分配模型,并联合用户功率和信道资源进行优化。基于信道衰减统计特性进行功率分配,以应对信道衰减的随机性带来的不确定性挑战,在功率分配的基础上,应用匈牙利算法对用户进行两两配对,共用同一信道。为了提升HCT用户的公平性,将最小遍历容量的最大化纳入优化目标,并在已有算法基础上引入一个平衡矩阵进行求解。仿真结果表明,相较于其他几种算法,所提算法在相同HRT用户中断概率下,HCT用户的总和容量最高,改进后算法在提升HCT用户公平性和鲁棒性上也有显著效果。

非晶合金在低地球轨道环境中的服役性能研究进展

随着人类航天技术的进步,对航天材料也提出了越来越高的要求,非晶合金(metallic glass,MG)由于其长程无序的特殊结构,有应用于低地球轨道(low earth orbit,LEO)上的巨大潜力。文章介绍了LEO中存在的导致材料失效的主要因素及其产生机制和作用机制,以及航天领域常用的材料种类及其特点;阐述了MG的发展历史、特点及应用前景;分别总结了MG在原子氧、热循环和空间辐照这些不利因素下的结构稳定性和性能稳定性,并以此来评价MG应用于LEO中的可行性;最后展望了未来MG在LEO环境中稳定性的研究方向。

Microchip推出面向低地球轨道空间应用的耐辐射电源管理器件

空间系统开发人员可以利用基于熟悉的塑料COTS器件的耐辐射器件,快速开发电源管理系统的原型和最终设计低地球轨道(LEO,高度低于约1200英里)的商业化正在改变太空探索和卫星通信。要使卫星成功运行并到达预定轨道,必须选择能够承受恶劣太空环境的元件。在现有耐辐射产品组合的基础上,Microchip Technology Inc.(美国微芯科技公司)今日宣布推出首款商用现货(COTS)耐辐射电源器件MIC69303RT 3A低压差(LDO)稳压器。

低地球轨道环境原子氧对航天器表面材料聚酰亚胺作用的数值模拟

在建立数学物理模型的基础上，对低地球轨道环境和地面实验环境下，有无保护层的聚酰亚胺所受原子氧冲蚀作用进行了成功的数值模拟，获得了具有工程应用价值的数值计算结果，并讨论了数学物理模型中各参数对基蚀曲线形状的影响。从数值模拟结果和美国太空实验结果的比较可以看出，本文数值模拟的结果是正确的。该项工作对航天器的设计具有重要的指导意义。

大型低地球轨道空间等离子体环境模拟实验系统设计

在介绍国外的相类似设备系统基础上,概述了我国大型低地球轨道空间等离子体环境模拟实验系统建设背景与应用;简述了我国该模拟实验系统组成和主要配置;论述了系统的等离子体环境、空间尺度等设计依据、方法及其具体参数;并详细阐述了真空系统、离子源系统、磁场产生装置、电场产生装置、太阳模拟器等主要分系统与装置的设计原则、方案以及性能指标。该系统可为卫星平台空间环境探测有效载荷及传感器的试验、验证、性能测试与评估提供有力的设备和技术支撑,也可为低密度冷等离子体与磁场、电场及定向粒子流相互耦合效应等观测、实验与理论研究提供环境和技术条件。

低地球轨道环境对材料的影响

综述了原子氧、空间辐射、热循环、高真空、微流星和空间碎片等低地球轨道环境因素对材料性能的影响 ;从地面模拟实验、材料研制与防护涂层的开发等方面提出了急需解决的问题 ,为空间站。

低地球轨道环境中原子氧对空间材料的侵蚀及防护方法

随着航天事业的发展,低地球轨道（LEO）环境中的原子氧（AO）受到研究者的广泛关注。本文介绍了AO对空间材料的侵蚀情况和目前地面模拟AO侵蚀的方法,同时详细阐述了对AO侵蚀的防护措施。

低地球轨道航天器涂层防护技术研究进展

低地球轨道(LEO)环境极为复杂,紫外辐照、原子氧辐照、高能粒子辐照等因素并存,对航天器用有机材料提出苛刻要求。为满足长寿命安全飞行,必须对航天器特别是其上采用的有机材料进行防护。文章简述了LEO环境中各因素对航天器的影响,总结了航天器防护技术特别是涂层防护方案的研究进展,并指出了未来发展方向。

低地球轨道空间环境下航天器表面原子氧通量密度和积分通量分布的数值模拟(英文)

基于蒙特卡罗方法和区域分解法,建立低地球轨道空间环境航天器表面原子氧通量密度和积分通量的数学模型。模型考虑了航天器表面几何构型、原子氧数密度和分析热运动、地球自转对航天器速度的影响以及轨道运行参数。通量密度分布的求解是通过其微分方程的对于独立变量分子运动速度和与表面速度矢量合成的积分得到,积分通量是通过沿轨道时间积分来实现。与此同时,得到了沿入射攻角变化原子氧分布的最大值和最小值。计算结果表明:通量分布伴随入射攻角增大而急剧下降,在迎风面达到最大值,背风面最小值。入射攻角是影响分布计算结果的重要因素。计算误差与NASA-LDEF飞行试验实验结果吻合较好。

“一箭多星”发射低地球轨道卫星的构型优化设计方法

针对"一箭多星"发射的低地球轨道(LEO)卫星,提出一种考虑多星-单星耦合作用的卫星构型优化设计方法,从单星系统配置和运载火箭对构型的约束分析、"一箭多星"发射构型设计、单星和多星分配器构型设计3个层次逐级开展卫星构型设计。通过设计实例验证了卫星构型优化设计方法的有效性,此方法能够在满足构型约束条件的同时,实现运载火箭潜力的最大化利用及单星发射成本的最低。

低地球轨道空间环境与效应集成化监测装置设计

低地球轨道(LEO)空间环境与效应给低轨航天器带来严重威胁,因此需要对LEO空间环境和效应进行监测。文章提出LEO空间环境与效应集成化监测的设计思路,从电子电路设计、监测载荷设计和结构总体设计3方面给出了针对电子、质子、原子氧、温度、总剂量、表面电位、污染等环境与效应的监测方法以及集成化设计方法,可以实现瞬时参数(通量、剂量率、污染沉积率)和累积参数(注量、累积通量、总剂量、总污染量)的监测。

航天器表面材料的低地球轨道环境寿命评定技术

简要介绍了低地球轨道环境对航天器表面材料的影响,国外目前采用的材料寿命评定技术以及今后的研究动态。