堆叠式多星组合体结构设计与连接技术发展及展望

以Starlink为代表的低轨互联网星座是当前航天领域发展的热点,堆叠式多星组合体技术可大幅提高整流罩空间利用率,从而加快低轨星座的建设速度,是未来一箭多星发射技术的重要方向之一。首先,通过分析堆叠式多星组合体技术的需求和意义,总结现有的堆叠式多星组合体的连接形式;然后,通过对比分析指出适合大规模星座建设的连接形式,针对目前应用成熟的堆叠式多星组合体连接方案进行解读,得出该技术的组成原理和技术特点;最后,对堆叠式多星组合体结构设计与连接技术的难点与挑战进行分析并提出展望,为未来堆叠式多星组合体结构设计提供参考。

基于线性等效模型的堆叠式多星组合体模态分析

堆叠式多星组合体是一种新型的一箭多星发射结构布局形式.多星组合体中的卫星采用平板构型,平板卫星上下相邻两层支脚相互接触,并由连接杆施加预紧力将其整体压紧.针对这种连接形式的多星组合体结构,文章提出了一种建立其线性等效力学模型的方法,并开展了模态分析.根据组合体中子结构形式及其受力特点,分别将连接杆等效为受轴向预紧力作用的欧拉-伯努利梁模型,以及将中间卫星连接体等效为附加集中质量点的铁木辛柯梁模型,分别求取了二者在固定时刻随轴向坐标变化的振型函数.通过将连接杆和卫星连接体等效模型振型函数联立求取了组合梁整体的振型函数,并根据并联U型梁边界协调原理确定的约束条件,求取了组合梁振动的频率特征方程.通过将组合体有限元模型求解结果与理论模型求解结果进行对比,验证了理论模型的正确性.此外,探究了预紧力、连接杆材料、支脚材料和有效载荷质量对组合体振动特性的影响规律.提出的等效方法,可为堆叠式多星组合体结构设计以及刚度匹配要求提供相应的指导.

低植被覆盖环境下BDS双频多星组合反演土壤水分研究

土壤水分是构成陆地生态系统的重要组成部分,高效、准确的监测其变化具有重要作用.利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)反射信号反演土壤水分已成为一种新型的遥感监测方法.目前,已有研究多倾向于在裸土环境下通过全球定位系统(Global Positioning System,GPS)数据反演土壤水分,同时在引入小波分析分离卫星反射信号时,缺乏对分解层数的探讨.为此,基于北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),提出一种基于小波分析和最小二乘支持向量机的土壤水分双频多星组合反演方法.探讨不同卫星高度角下小波分解层数对卫星信号的分离效果,并对比分析不同双频卫星组合反演土壤水分的可行性和有效性.以低植被覆盖环境为例,实验表明:(1)由于观测数据受多种因素影响,不同卫星最佳的高度角范围和小波分解层数均不同.(2)采用最小二乘支持向量机能够有效综合各卫星不同频率信号包含的土壤水分信息,反演结果更准确;当双频组合为四星时,反演结果与参考值之间的相关系数为0.977,较单星单频提高了20.74%.双频多星组合不仅使模型反演的效果较好且稳定性更高,而且在低植被覆盖环境下也能保持较好的反演精度.因此,采用BDS双频多星组合反演土壤湿度是可行的.

利用GPS-IR监测土壤湿度的多星线性回归反演模型

全球定位系统干涉反射测量(GPS-interferometric reflectometry,GPS-IR)是一种新的遥感技术,利用测量型接收机记录的信噪比(SNR)观测值可实现近地表土壤湿度的监测。考虑到目前利用多星组合反演土壤湿度的研究较少,本文提出一种土壤湿度多星线性回归反演模型。试验表明:①多星组合反演能够更全面地反映测站附近有效监测范围内的土壤湿度信息,有效改善采用单颗卫星反演时反演过程极易出现异常跳变的现象,提高了突发性降雨时段的土壤湿度反演精度。②当组合卫星数达到6颗以上时,其反演结果与土壤湿度参考值之间的相关系数均大于0.9,相对于单颗卫星至少提高了20.8%。