国外在轨制造和装配技术发展现状及启示

在轨制造和装配技术是一项改变航天器研制模式的颠覆性技术.为全面了解国外关于在轨制造和装配技术的发展现状以及研制过程中所面临的挑战等,本文重点调研了欧美航天强国关于在轨制造和装配领域的发展情况,通过对国外目前在轨制造和装配领域科研项目的梳理为突破口,按照应用前景和技术特点将其分为三类:在轨制造、在轨装配和在轨构建;然后,从在轨制造所采用的材料和技术途径等方面,分析了在轨制造的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨装配的对象、方式以及部件连接型式等方面,分析了在轨装配的研究现状和所面临的技术挑战;从在轨构建领域重要的技术联盟分析出发,梳理了各技术联盟重点研究方向、目前技术水平和下一步研究计划等;最后,对国外在轨制造和装配进行了总结,提出了一些发展启示,对我国关于在轨制造和装配领域十四五领域发展规划制定、下一步重点支持方向确定、项目支持方式选择等具有一定的指导意义,可供开展产学研结合的技术联盟成立所借鉴.     

空间站在轨组装的微纳卫星模块化设计与集成方法

针对空间站在轨组装微纳卫星的特点,提出了一种面向空间站站内人员在轨组装的微纳卫星模块化设计与集成方法,此方法提供了基于标准结构板与模块定位销的空间站内微纳卫星装配方案,与现有模块化集成设计技术相比,得益于良好的上行力学环境,卫星结构、功能模块无需高强度结构设计,组装的卫星更轻巧;具有在空间站失重环境、工具有限条件下宇航员快速便捷完成模块装配、连接、去除、增加、更换等各种操作的优点;采用开放式组装架构,扩展性强,可根据任务需求,实现不同功能微纳卫星的更快组装、部署.可为我国空间站在轨组装及部署微纳卫星提供设计参考,有效降低空间站在轨组装难度和工作量.     

一种SRAM-FPGA在轨重构的工程实现方案

针对航天器电子系统在实际工程中要解决的星载资源受限、长寿命、高可靠等特殊问题,文章提出了一种基于静态随机存取存储器型现场可编程门阵列(SRAM-FPGA)在轨重构的方法及工程实施方案,对如何保证数据可靠传输与可靠存储等关键问题进行了讨论,并且给出了在某卫星工程中的具体设计方案和在轨验证情况。结果表明,采取的重构设计圆满完成了目标FPGA的功能升级以及在轨实时刷新,工作稳定正常,可以为其他航天器电子系统设计提供参考。     

基于FPGA架构的高可靠在轨重构系统设计

航天设备与地面设备相比,制造成本高,对空间环境的适应性要求也高。为了延长航天器寿命,提高其在轨工作的可靠性,需要考虑航天器在空间环境下的可维护性需求。针对航天资产在轨软件实现功能维护的需求,研究空间环境应用背景下的高可靠在轨可重构技术。基于FPGA芯片在航天器领域中应用的广泛性、灵活性及可靠性,设计了一种FPGA架构下的高可靠在轨重构系统。该系统的优势在于充分利用星载设备中普遍使用的“SRAM型FPGA+反熔丝FPGA”的硬件架构,在实现SRAM型FPGA动态刷新功能的基础上仅通过软件更改来增加在轨重构功能,极大降低了硬件更改的成本,扩展了可重构功能的应用范围。在某航天器星载设备中应用该在轨重构系统,通过实际飞行经历,验证了该架构系统设计方案的可行性、可扩展性及可靠性。     

航天器综合电子系统在轨重构容错技术研究

重构容错技术是指利用可重用的软硬件资源,根据不同的任务需求或故障情况进行重新配置,从而可以实现在轨升级或故障修复。文章在介绍重构容错技术的基础上,以NASA的SpaceCube处理器和BittWare公司的重构处理器为典型案例,阐述了其系统构架、重构容错设计和应用情况,总结分析了航天器综合电子系统重构容错技术的优势,如减少系统的冗余和备份,降低制造和修复成本,实现系统内部局部故障的自修复等。借鉴国外重构容错技术的发展和应用,总结出国内航天器综合电子系统重构容错技术应用存在的问题,如缺乏标准化的功能模块设计、在轨故障诊断精度较低等,并提出应开展在轨重构需求分析,以及功能模块化和可重构性的方案设计等建议,可为国内航天器综合电子系统的在轨重构容错设计及相关研究工作提供参考。     

我国空间环境及其效应监测的初步设想

随着对应用卫星长寿命、高可靠要求的不断提高,空间环境及其与航天器相互作用的在轨监测日益受到重视,基于空间环境及其效应监测的卫星在轨风险管理已成为保障航天器长寿命高可靠的重要手段。文章在分析国外相关领域的发展现状的基础上,提出我国开展空间环境及其效应监测的初步设想。     

航天器的在轨维修性

随着我国航天员的空间出舱成功,空间站建设提上日程,因此急需对航天器的在轨维修性进行预先研究。本文在调研国内外关于航天器在轨维修性方面资料的基础上,进一步分析了航天器在轨维修的需求和可行性,并对在轨维修对未来航天器设计和空间站运行模式可能产生的影响和变革进行了初步分析,提出了结合在轨维修性技术发展我国空间站的新设想。     

空间细胞机器人系统关键技术及其应用

针对传统空间操控装置难以适应未来大型空间设施在轨建设的问题,提出一种能够实现多层次自重构的空间细胞机器人系统,并对其概念体系以及设计理念进行了分析。介绍了空间三角桁架装配场景下的空间细胞机器人系统硬件设计。提出了空间细胞机器人系统关键技术,包括多智能体协同不确定行为规划、多层次机器人系统构型决策、多智能体协同无环境地图自主导航以及多智能体分层协同分布式控制等。最后结合空间细胞机器人系统的特点与优势,对其应用前景进行了展望。     

面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系

针对我国在轨卫星数量迅猛增长、健康状态复杂各异、测控管理难度日趋增大的态势,提出了面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系。分析了北斗短报文的应用现状,构建了“用户→北斗卫星→在轨卫星”前反向数据流向。考虑到北斗短报文的容量限制,优化设计了测控数据传输格式和内容;针对北斗短报文单向传输特性,探讨了可靠通信技术;针对星座大规模安全传递分发数据需求,研究了通用掩码技术。以北斗三号系统为对象,仿真计算了在轨卫星前反向数据时间特性。结果表明:基于北斗短报文的在轨卫星健康监控技术,可以为提高在轨卫星科学使用和寿命的精细化管理提供参考。     

多航天器在轨管理模式建立与实践

针对航天器在轨管理工作评价颗粒度粗、技术监视手段不足,以及服务质量和管理效率不能满足用户需求等瓶颈问题,提出了以提炼管理要素为手段、全流程精细化管理为核心的多航天器在轨管理模式,并提出了智能化、多元化、集约化等支持与保障方式。实践结果表明:多航天器在轨管理模式有效提升了在轨管理效能,确保了170余个航天器的在轨稳定运行,提升了航天器运行管理能力及用户满意度。     

失效卫星再利用系统方案设想

为了实现在轨资源再利用,文章分析了失效卫星再利用的可能性,根据卫星不同的失效模式,包括入轨失败、部件失效、寿命末期,得出系统的4类轨道操作任务。论述系统的五大组成部分,并分析了各个系统间的关系;比较了货运飞船和搭载两种上行方案各自的优缺点;结合系统特点,在分析系统任务功能的基础上提炼出了6项相关关键技术。从系统角度提出了有利于失效卫星再利用系统可尽早实现的3条途径。     

6G时代卫星算力网络发展思考

卫星已被广泛认为是6G网络的重要组成部分，卫星算力网络结合实时网络和计算资源状况，进行卫星计算节点间的任务调度，能够满足多样性业务的时延要求，实现在轨通信、处理、存储等资源的高效利用。首先，阐述卫星算力网络的概念内涵，对卫星通信网络的发展现状和趋势进行了总结；其次，从总体架构、硬件组成和软件架构三方面给出了卫星算力网络的设计考虑；最后，对卫星算力网络所面临的技术挑战进行总结，对卫星算力的发展进行了展望。     

静止轨道卫星在轨延寿技术研究进展

随着星上设备及元器件可靠性的提高,推进剂耗尽将成为未来静止轨道卫星的主要失效
模式。静止轨道卫星在轨延寿技术可通过发射延寿飞行器与失效卫星对接,采用辅助控制或燃料加注方式,进一步延长卫星在轨工作寿命。本文首先对近年来静止轨道失效卫星进行了统计和分析,随后介绍了静止轨道卫星在轨延寿技术的基本概念和任务特点,在国外典型项目调研的基础上,对在轨延寿任务所涉及的交会轨迹规划与控制、视觉测量与导航等关键技术进行了分析。在轨延寿技术的发展必将对未来静止轨道卫星的设计及运营模式产生重要的影响。     

“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。     

细胞卫星体系的关键技术及启示

细胞卫星是美国国防先进研究计划局的"凤凰计划"中重点验证的新概念。文章介绍了细胞卫星的概念、发展现状和技术特点,归纳了细胞卫星体系的关键技术,如复杂约束条件下的建模技术、多细胞卫星分散布置的控制技术等,为我国未来低成本、智能化、模块化航天器的发展提供借鉴。     

航天器新型高密度排插型DC10电缆安装技术

以互联网卫星上首次使用的新型高密度排插型电缆组件为研究对象,介绍了集成式排插型电连接器的制造技术要求和工作原理,从电连接器结构分析出发,研究影响该类型电缆的安装因素。首次提出了新型高密度排插型电缆的安装方法,阐述了该类型电缆的弯曲半径要求、绑扎要求、紧固力矩值要求和使用专用工装的拆卸方法。经过分系统的实际在轨性能测试验证,该安装技术可以显著降低新型高密度排插型电缆组件在大通量、高饱和度信号传输状态下性能下降的现象,成功解决了该类型电缆在卫星狭小空间下的安装与拆卸难题,提高了该类型电缆在卫星狭小空间内的安装精度和分系统的在轨可靠性,为该新型高密度排插型电缆组件的安装在后续卫星批量应用提供了技术指导和工艺基础。     

星上遥感影像在轨处理进展研究

从星地数传、高时敏任务等对星上遥感影像在轨处理的需求出发,本文对美国、欧洲以及国内主要的星上遥感影像在轨处理进展进行了研究;以此为基础,结合星上遥感影像在轨处理框架与深度学习等智能处理技术,分析了高性能星上智能处理平台构建、基于深度学习的遥感影像在轨智能处理、多源遥感影像数据在轨融合处理、星地协同数据处理及在轨更新等星上遥感影像在轨处理关键技术;最后,对星上遥感影像在轨处理未来发展趋势进行了总结,为进一步提升遥感卫星在轨应用效能提供参考。     

航天器微振动力学参数测量单元设计与验证

针对某新型气象卫星的在轨微振动测量需求,分析微振动对于卫星及其精密载荷的影响,提出一种具有可切换量程和较高故障容错能力的卫星微振动测量单元设计方案.通过地面试验数据与在轨数据的对比,证明该系统能够准确辨识整星及高精度载荷在不同工况下的微振动力学数据.该系统功能的成功实现为进一步优化星体结构、改善高精度载荷工作环境提拱了...     

卫星太阳电池阵在轨故障统计及分析

文章针对2000年1月至2012年9月期间79颗在轨卫星发生的114次太阳电池阵故障事件进行了分类统计分析,并利用Kaplan-Meier估计量分析方法对这些在轨故障进行了可靠性分析。结果表明:太阳电池阵的故障多发生在卫星在轨第一年,其中电子类故障发生率较高;不同卫星平台的系统缺陷或设计共性问题也与太阳电池阵故障紧密相关。最后,结合我国卫星太阳电池阵设计及制造工艺技术,提出了加强出厂前的测试和试验验证、加强仿真建模、加强冗余设计等建议。