Current Status and Main Scientific Results of In-flight CSES Mission

The CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) is the electromagnetism satellite of China's Zhangheng mission which is planned to launch a series of microsatellites within next 10 years in order to monitor the electromagnetic environment, gravitational field. The CSES 01 probe (also called ZH-1) was launched successfully on 2 February 2018, from the Jiuquan Satellite Launch Centre (China) and is expected to operate for 5 years in orbit. The second probe CSES 02 is going to be launched in 2022. The scientific objectives of CSES are to detect the electromagnetic field and waves, plasma and particles, for studying the seismic-associated disturbances. To meet the requirements of scientific objective, the satellite is designed to be in a sun-synchronous orbit with a high inclination of 97.4° at an altitude around 507 km. CSES carries nine scientific payloads including Search-coil magnetometer, Electric Field Detector, High precision Magnetometer, GNSS occultation Receiver, Plasma Analyzer, Langmuir Probe, two Energetic Particle Detectors (including an Italian one), and Tri-Band Transmitter. Up to now, CSES has been operating in orbit for 2 years with stable and reliable performance. By using all kinds of data acquired by CSES, we have undertaken a series of scientific researches in the field of global geomagnetic field re-building, the ionospheric variation environment, waves, and particle precipitations under disturbed space weather and earthquake activities, the Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere coupling mechanism research and so on.      

卫星光学敏感器视场有效性分析工具设计

为了提高分析的效率和准确性,基于SolidW orks平台开发了一个卫星光学敏感器视场有效性分析工具.该工具用于分析敏感器在卫星任务期间是否会因为视场问题而失效,以及何时失效.敏感器有效性分析所涉及的问题有:有效性判断的3个层次——敏感器系统、敏感器组和单敏感器的有效性判断;遮挡问题——敏感器会受到卫星部件或目标的遮挡;反光问题——敏感器会受到行星反光和卫星部件反光的干扰;运动问题——包括目标、卫星本体、卫星部件和敏感器的运动.给出了解决以上问题的软件设计方案.介绍了有效性分析功能的实现原理.给出了分析过程的5个步骤:定义时间,定义目标,定义部件运动,定义敏感器和执行分析.最后给出了一个实例演示,验证了该工具的功能.     

Mission planning optimization of video satellite for ground multi-object staring imaging

This study investigates the emergency scheduling problem of ground multi-object staring imaging for a single video satellite. In the proposed mission scenario, the ground objects require a specified duration of staring imaging by the video satellite. The planning horizon is not long, i.e., it is usually shorter than one orbit period. A binary decision variable and the imaging order are used as the design variables, and the total observation revenue combined with the influence of the total attitude maneuvering time is regarded as the optimization objective. Based on the constraints of the observation time windows, satellite attitude adjustment time, and satellite maneuverability, a constraint satisfaction mission planning model is established for ground object staring imaging by a single video satellite. Further, a modified ant colony optimization algorithm with tabu lists (Tabu-ACO) is designed to solve this problem. The proposed algorithm can fully exploit the intelligence and local search ability of ACO. Based on full consideration of the mission characteristics, the design of the tabu lists can reduce the search range of ACO and improve the algorithm efficiency significantly. The simulation results show that the proposed algorithm outperforms the conventional algorithm in terms of optimization performance, and it can obtain satisfactory scheduling results for the mission planning problem.     

地震电磁卫星任务规划系统研究

地震电磁卫星任务规划是支持卫星在轨业务运控的核心环节. 通过对地震电磁卫星任务规划系统的研究, 提出了地震电磁探测卫星任务规划的基本原则, 设计了地震电磁探测卫星任务规划系统架构, 分析了系统功能需求和规划处理流程, 在此基础上对地震电磁卫星进行了原型实现.      

一种面向动态需求的多优先级天文观测卫星任务重规划方法

针对多优先级天文观测卫星任务动态规划问题，分析了高优先级任务动态插入以及未知事件中断原任务规划方案执行的情况，研究了原任务规划方案相应的动态规划问题.在关于SVOM （Space multi-band Variable Object Monitor）卫星任务规划系统的研究中，针对单星机遇目标任务重规划问题，提出一种基于滚动优化策略的任务重规划求解方案.在每个滚动周期内，优先安排高优先级动态到达任务，回滚处理原方案中受未知事件和高优先级机遇目标影响的任务，或者删除原方案中受影响的任务.目标函数综合考虑了全年卫星任务规划总时长和机遇目标的规划总时长.仿真验证结果表明，本文设计方法对于快速响应高优先级机遇目标以及提高服务质量具有一定意义.      

Preliminary observing achievements of supersoft X-ray detector and γ-ray detector onboard Shenzhou2

Preliminary observing achievements by the Super Soft X-ray Detector and the γ-ray Detector in the fields of cosmic gamma-ray bursts, solar X-ray, bursts and cosmic X-ray/γ-ray background radiation are summarized. The detectors are aboard the spacecraft Shenzhou-2 that was launched on 2001 January 10. The scientific mission and general situation of the instruments are briefly described.     

Progress of Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer(SMILE) Mission

SMILE (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) mission is a joint ESA-CAS space science project. The working orbit is a 19 R_e 5000 km HEO with 4 scientific instruments:Soft X-ray Imager(SXI), Ultra-Violet Imager (UVI), Magnetometer (MAG) and Light Ion Analyzer (LIA). SMILE aims to understand the interaction between the solar wind and the Earth's magnetosphere through the images of SXI and UVI and in-situ measurement from LIA and MAG. After the kick-off in 2016, the SMILE project went to Phase A study. The mission adoption is scheduled for November 2018, with a target launch date in 2022-2023. In this paper, the background of the mission, scientific objectives, the design and characteristics of scientific instruments and the mission outline will be introduced in details.      

重力卫星星间高精度测距技术研究

卫卫跟踪(SST)技术是当前地球重力场测量最有价值和应用前景的方法之一.高精度星间测距系统是低低卫卫跟踪(SST-ll)重力卫星的关键有效载荷.GRACE卫星携带的K波段测距系统(KBR K Band Ranging System)是一微米量级的测距系统,通过处理高精度的星间距离和距离变化率数据,可以恢复出地球重力场.GRACE后续计划又提出了一种更高精度的激光干涉测距系统.在研究KBR及激光干涉测距系统测量原理的基础上,提出了一种KBR系统的基本结构,详细分析了两种测距系统的关键技术及国内目前的研究水平,提出了我国开展星间测距系统研究的一些建议.      

基于线性回归近似替代模型的分布式卫星系统不确定性分析方法

分布式卫星系统在空间科学领域具有广泛的应用前景,同时也对概念设计阶段的分析工作提出了更高的要求.在分布式卫星系统概念设计阶段,评价不确定性参数对于最终探测效能的影响有着重要的工程应用价值.传统的不确定性分析方法存在解析困难、数值模拟计算效率低且耦合关系表征不明确的缺点.本文结合概念设计阶段不确定性分析的特点和需求,提出一种线性回归近似替代模型,将不确定性参数对于探测效能影响的结果计算降维为一个线性组合系数的求解问题.利用一个空间多点探测物理场分界面任务作为典型事例进行仿真验证,结果表明,相比传统数值模拟方法,本文方法在计算效率上具有明显优势且对关键不确定性参数有一定识别作用.      

基于改进遗传算法对小卫星星群任务规划研究

针对小卫星星群任务运行特点,建立小卫星星群多任务规划问题模型,提出了基于成像任务时间及任务均衡度的多指标优化函数.针对所建模型,采用改进型遗传算法,引入资源随机分配的解码策略及精英保留策略,保证了算法的全局收敛性,提高了算法的性能.通过仿真算例,验证了算法在解决小卫星星群多目标任务规划问题上的有效性.      

“嫦娥4号”中继星任务轨道确定问题初探

"嫦娥4号"任务将采用着陆器、巡视器和绕飞地月拉格朗日L2点中继星进行月球背面的探测,中继星已先期发射,进入环绕地月L2点的晕(Halo)轨道。在中继星使命轨道动力学模型的基础上,通过相关仿真工作,开展了中继星在Halo轨道上的摄动源量级及影响定轨预报的主要因素分析,结果表明:太阳光压摄动是其主要影响因素。为降低其相关影响,提高定轨精度,在太阳光压球模型的基础上,结合中继星在轨运行特点及其星体结构特点,提出了一种求解光压等效面积的方法。经仿真分析,使用修正后的太阳光压球模型进行定轨求解,速度精度可提升约一个量级。     

量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划

针对量子科学实验卫星密钥分发实验任务规划约束条件多以及时效性要求高的特点，基于对密钥分发实验过程及约束分析，建立了约束满足规划模型.以完成时限最短为优化目标，综合考虑任务规划所需光学及数传站资源分配，利用深度优先搜索算法对模型进行求解，解决了实验过程中多要素紧耦合、强时间约束的难题.仿真分析结果表明，所提出的模型及算法有效，能够满足量子科学实验卫星密钥分发实验星地交互的需求.      

基于卫星云图的大区域云层预测方法

云层覆盖是影响对地观测卫星成像的一个重要问题,如果遥感图像中云层比例太高,或者特定目标不可见,则遥感图像就会失效。对地观测卫星能够根据云层预测信息,在多个观测目标之间进行选择。面向对地观测卫星任务规划的应用,设计了大区域范围的短期云层预测方法,首先通过光流法获取云运动矢量,然后依据云运动矢量外推获得预测的云层图像,同时引入拉普拉斯算子刻画云层运动过程中的扩散现象,利用风云二号卫星的真实云图序列数据,通过神经网络的反向传播算法优化扩散因子,以提升云层预测的效果。通过对结果进行分析,引入的拉普拉斯算子方法能够提高云层预测的精度,80%分位数的云层覆盖率误差约为11.7%,该精度的云层预测可以用于指导对地观测卫星任务规划。     

椭圆轨道卫星空间任意位置悬停的方法

对任务星施加持续的控制加速度,使其在飞行过程中相对于目标卫星的空间位置保持不变,即实现任意位置悬停飞行。通过对任务星与目标星的相对运行分析和重力差异补偿分析,给出了在飞行过程中任务星相对于运行在椭圆轨道上的目标星实现任意位置悬停所需的径向、切向和法向控制加速度公式。最后对典型悬停飞行过程进行了动力学仿真,并对不同悬停飞行任务的能量消耗进行了对比分析,表明在一段时间内对任务星进行轨道悬停是可行的。     

“嫦娥4号”中继星任务分析与系统设计

作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,中继星将为着陆器和巡视器提供中继通信支持。不同于其它月球探测器,中继星首次选择了绕地月L2平动点运行的晕(Halo)轨道以保证对月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,面临诸多技术挑战。在对中继星任务特点进行分析的基础上,梳理了研制中的技术难题,包括使命轨道的选择、使命轨道的到达和长期维持、中继通信体制选择等,并提出了解决方案。中继星的总体设计方案概述也在文中给出。     

“嫦娥4号”中继星应急轨道控制策略设计与分析

"嫦娥4号"中继星作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,不同于其它月球探测器,首次选择绕地月L2平动点运行的Halo轨道以保证为月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,这面临诸多技术挑战。基于任务需求和工程约束,梳理了中继星全寿命与轨道控制相关的故障类型,制定了多级应急控制目标,给出了分阶段应急轨道控制方案,提出将Lissajous轨道作为应急备选使命轨道,分析了推进剂消耗、中继测控条件和可行性,研究成果直接应用于中继星任务工程实践。     

SJ-10 Recoverable Satellite for Space Microgravity Experiments

SJ-10 is a recoverable scientific experiment satellite specially for the space experiments of microgravity physics science and space life science. This mission was officially started on 31 December 2012, and the satellite was launched on 6 April 2016. This paper introduces briefly the SJ-10 mission, the progress of SJ-10 engineering and the project constitution of sciences experiments onboard SJ-10. The purpose of this mission is to discover the law of matter movement and the rule of life activity that cannot be discovered on the ground due to the existence of gravity, and to know the acting mechanism on organisms by the complex radiation of space that cannot be simulated on the ground.      

空间绳系拖拽系统摆动特性与平稳控制

考虑了任务星与废星的姿态运动以及系统组合体的面内外姿态运动,建立了绳系拖拽离轨系统动力学与控制模型,以切向常值推力下绳系拖拽轨道转移为任务过程,分析了任务星在喷气和零动量轮的限制姿态反馈控制条件下飞行时,废星姿态摆动、系统组合体面内外摆动和任务星姿态运动的规律及相互影响关系。采用留位和阻尼控制相结合的系绳张力复合控制方法,并结合任务星姿态控制,确保绳系拖拽转移安全平稳进行。仿真结果表明:常值推力下绳系拖拽轨道转移时,牵挂点偏置诱发的废星姿态周期性摆动会激发绳系组合体的面内外同频率高阶摆动,星体姿态运动是任务星姿态扰动力矩产生的主要因素;采用张力复合控制可有效消除废星姿态摆动并保持星间相对距离,结合任务星姿态控制,可实现离轨过程的平稳与安全,大幅减少任务星的姿控能耗。      

卫星高功能密度综合电子系统设计

微小卫星综合电子系统承载了卫星大部分功能，是卫星任务处理和控制的中心，未来新的智能化应用、星群应用、通信服务等需求也将由卫星执行，对综合电子系统提出了新的要求。分析了国外典型小卫星综合电子系统，具有功能综合度高、多数功能集中在一台计算机中、卫星功能软件化的特点。设计了基于软件定义的综合电子系统一体化结构，硬件采用高度集成的模块化设计，软件采用分层和组件化设计，将系统功能进行分层，通过软件定义组件的方式实现各层功能和业务。高功能密度综合电子系统由一个通用化的高性能硬件平台和各种可加载的APP软件组成，除传统功能外，还可扩展自主任务管理、星间组网和载荷管理等功能，不仅使卫星的集成度和功能密度大幅提升，还能实现卫星功能重构，达到一星多用、一星多能的目的，有利于紧急时期卫星系统快速构建与应用，对于未来星座组网应用也具有一定意义。     

量子科学实验卫星的多维数据立方体方法研究

科学实验卫星以科学目标为任务战略导向,需要任务团队结合实际业务运行情况制定阶段实验计划.这些实验计划以任务运行数据为依据,由科学卫星任务各分系统数据分析获得的策略集合综合得到.量子科学实验卫星在轨运行期间会产生大量运行数据,如何有效利用这些数据给不同决策层提供辅助是当前面临的一大难题.目前主流方式主要借助值班日志统计和常规的数据库系统数据统计,需耗费较多时间和人力成本,对分析人员专业技能要求较高,无法满足多角度和多粒度任务研判的要求,并且该方法可扩展性差,当问题的观察角度变化时,往往需要重新组织数据统计分析.针对上述问题,本文提出一种基于数据立方体的多维数据建模和分析方法,对于不同主题,能够对数据进行多层次、多角度、多粒度统计分析,为决策提供良好支持.