暗物质粒子探测卫星的集中式载荷管理系统

暗物质粒子探测卫星有效载荷由4种探测器组成,探测器的电子学前端共有28台设备.针对载荷设备数量多、接口复杂的特点,设计了一种通过载荷数管系统进行集中式载荷管理的方案,实现对探测器电子学前端的遥测、遥控、数据采集和二次电源供配电.同时,载荷数管系统具有大容量数据存储和高速数据复接功能,可分区存储科学数据和工程参数,在进入地面接收站时,将存储的科学数据和工程参数组成符合CCSDS协议的传输帧,经RS编码和加扰后发送给数传发射机.解决了突发式、多信源科学数据采集、存储,探测器在轨自主探测管理,大功率、低噪声二次电源配电等关键技术.该系统经过了在轨考核验证,结果表明控制和信息体系合理,自主探测管理和健康管理措施有效.      

中国首次火星探测工程有效载荷总体设计

简要介绍了中国首次火星探测工程的科学目标与有效载荷的配置,有效载荷分系统的总体技术方案,包括有效载荷供配电、遥测遥控、科学数据处理、在轨自主运控,以及有效载荷分系统在轨基本工作流程安排。针对火星环绕器有效载荷功能复杂、安装位置分散等特点,配置了独立的载荷控制器设备,通过总线网络将有效载荷分系统组成有机整体,实现与环绕器平台的统一电接口。针对火星车有效载荷在重量、体积、能源等方面的严格限制,通过最大限度地将各有效载荷主控电子学控制单元集成于一台载荷控制器设备中,实现了对有效载荷的集中控制和管理。     

嫦娥三号着陆器有效载荷探测能力地面验证试验

嫦娥三号探测器首次实现了中国月球软着陆和月面巡视探测,完成三类科学探测任务.嫦娥三号探测器分为着陆器和巡视器,在着陆器上配置了地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机和降落相机四种有效载荷.着重介绍了着陆器有效载荷研制过程中进行的探测能力地面模拟试验验证情况,包括试验项目、试验方案、试验结果和分析.     

基于LightGBM的HXMT在轨运行模式监测算法

HXMT卫星的空间硬X射线巡天和定点观测计划切换频繁，需要对卫星有效载荷在轨状态进行实时监测和判别.目前采用的是地面监测人员根据总结的规则进行人工监测的方式，虽然执行方便，可解释性强，但人力消耗较大，且对规则之外的情况无法灵活处理.本文利用HXMT卫星的实时遥测数据，提出一种基于LightGBM机器学习模型的在轨运行模式监测算法，将监测工作规约为多分类问题，并构建判别模型，对卫星在轨运行模式进行判断.在保障判别准确率的前提下，算法模型构建迅速，具有很高的实用性.基于真实遥测数据的试验表明，模型的判别准确率达到99.9%，满足在轨运行模式监测要求，可为HXMT卫星的运行监控任务提供参考依据.      

深空探测中的自主无线电关键技术

深空探测中的自主无线电主要作用是实现多个深空探测器间的通信,优点是能在未知无线电环境下不需要地面干预,自动实现无线电参数的识别和配置.阐述了自主无线电技术对深空探测的必要性.在与常规无线电技术、软件无线电技术比较的基础上,论述了深空探测中的自主无线电技术,分析了其必须解决未知无线电环境下参数估计这一关键问题.针对无线电参数估计目前存在的因果循环问题,提出了一种自主无线电技术参数估计迭代层次结构模型,分析了各层间的消息类型和迭代过程.     

掠入射聚焦型脉冲星探测器的能量响应标定

通过地面及在轨试验对掠入射聚焦型脉冲星探测器(FXPT)能量响应特性进行了标定.掠入射聚焦型脉冲星探测器采用X射线掠入射聚焦探测体制,探测来源于X射线脉冲星发射的X射线光子,精确测定X射线光子的到达时刻和能量.标定结果表明探测器在全设计能段内具有良好的线性响应特性,光子能量测量误差优于0.5%.能量分辨率误差优于10%,能量分辨率可达156 eV@6.4 keV.探测器入轨后对超新星遗迹的能谱观测表明,探测器在轨光子能量标记准确,能量分辨率与地面标定结果一致.地面及在轨标定结果为掠入射聚焦型脉冲星探测器的数据处理和科学分析提供了重要的依据.     

祝融号火星车科学探测模式设计与验证

受通信能力低、能源不足等限制，祝融号火星车有效载荷科学探测需提高探测效率，以有限资源获取尽可能多的有效探测数据。祝融号火星车的巡视探测科学任务着眼于火星局部地区，包括火星车行驶时载荷探测和火星车停止时定点就位载荷探测两个主要工况。统筹考虑祝融号火星车移动能力、通信能力、能源能力、热控能力等约束，合理划分工程活动和科学探测活动可用的资源，协调使用火星车的桅杆和移动系统，优化组合各载荷工作模式，设计了高效载荷探测模式。该探测模式与基于工作模式表的自主探测控制方式相结合，解决了资源受限情况下的多载荷协同探测难题。祝融号火星车有效载荷系统圆满完成了预期探测任务，设计的科学探测模式全部得到在轨验证。结果表明这些模式设计合理有效，满足安全、自主、高效开展科学探测的需求。     

星载辐照剂量深度分布探测仪设计

空间带电粒子对在轨航天器会产生辐照剂量效应,严重时可导致星载设备及航天器等的性能衰减及寿命下降,因此采用了星内多点多方位的辐照总剂量探测技术.在中国首次采用深度剂量监测方案.每个探头设置5个剂量监测点,对应屏蔽厚度分别为0（开窗）,1mm,2.5mm,3.5mm,6mm的铝结构,探测剂量总量程为2×106rad （Si）,最高灵敏度为1rad （Si）.所设计的星载辐照剂量深度分布探测仪可以对卫星在轨遭受的辐照剂量进行实时监测和预警,其探测结果用于研究星内剂量深度分布,对卫星载荷在轨工作状态进行分析评估,并为后续卫星的抗辐照加固设计提供依据.      

基于数据表的载荷管理软件在轨工作自主控制设计

目前有效载荷在轨工作呈现多样化的趋势,为更好地适应这种多样化的任务,设计了一种在轨工作自主控制方案。该方案对多个型号的软件需求进行归纳整理和统筹分析,对在轨工作自主控制进行模块和功能划分,解决了多个载荷管理软件在轨工作控制需求差异化带来的多样化、定制化问题。通过引入可配置设计思路,建立数据表对载荷工作流程进行配置,解决了对特定载荷在轨工作流程的适配性问题,可实现多载荷多任务的在轨工作自主控制功能。该方法已在多个型号卫星的载荷管理器上使用,满足载荷单元工作流程多样化的要求。软件的重复使用不仅大大提高了软件设计和测试阶段的时间,缩短软件研制周期,还可以降低软件开发成本,并且提高软件整个研制阶段的可靠性。      

萤火一号深空测控设备

深空测控通信是实施深空探测的关键技术, 萤火一号探测器是中国第一个深空探测器. 本文介绍了深空测控通信的特点、存在的技术困难及需要攻克的关键技术, 描述了萤火一号火星探测器的测控通信技术方案及星载测控设备的功能分配, 给出了星载测控设备的基本配置情况及主要技术指标. 萤火一号探测器的测控和数传采用一体化设计方案, 在10 kg重量约束条件下, 实现了上行遥控通道及下行遥测通道, 具备科学数据传输通道及测定轨信号发送的功能, 而且每个通道均具有冗余备份设备.      

基于多模态滑模的快速非奇异终端滑模控制

根据多模态滑模概念,提出了一种快速非奇异终端滑模控制方法(FNTSM,Fast Nonsingular Terminal Sliding Mode),实现了非奇异终端滑模控制的全局快速收敛.多模态滑模通过设计分段切换函数,实现多个滑动模态.FNTSM的切换函数由线性滑模的切换函数和非奇异终端滑模的切换函数连接而成.当系统状态远离平衡点时,系统运行于线性滑动模态;当系统状态靠近平衡点时,系统运行于非奇异终端滑动模态.设计了切换型控制律,保证了系统的到达时间和滑动时间都是有限的.数值仿真表明:FNTSM控制与非奇异终端滑模控制、线性滑模控制相比具有快速性优点.      

On the ability of sliding mode and LQR controllers optimized with PSO in attitude control of a flexible 4-DOF satellite with time-varying payload

Precise pointing of the satellite and its payload is essential in the accurate accomplishment of a space mission. In this study, the system of a satellite and its payload are considered as 4-DOF equations of motion. The time-varying payload can observe one direction of the Earth independently, and the satellite can point to the Earth station by its 3-DOF motions simultaneously. Sliding mode and LQR controllers are designed for damping disturbances, and consequently high pointing accuracy. Environmental disturbances and the associated time delay of Low Earth Orbit (LEO) are applied to the system. An algorithm based on Particle Swarm Optimization (PSO) is proposed to find the optimum values of variables and Normalized Integral Square Error (NISE) of the two aforementioned controllers. Numerical simulations indicate the optimized magnitudes of target detection errors and control efforts in four directions. The results revealed that PSO-SMC can finely track the time-varying payload and has better efficiency in comparison with PSO-LQR.     

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。     

星上运动部件对气象卫星姿态影响的研究

以中国下一代静止轨道气象卫星为对象,分析了有效载荷扫描镜运动和太阳翼步进运动对卫星姿态的影响。结果表明,有效载荷的正常扫描运动和太阳翼的步进运动对卫星姿态的影响很小,但有效载荷的黑体校准运动对卫星姿态的影响很大,必须进行补偿控制,否则卫星有效载荷扫描镜的指向精度无法满足设计要求。     

转动载荷对卫星姿态的影响与控制研究

研究带有转动载荷和挠性附件的卫星姿态控制问题.基于具有广义坐标形式的牛顿 欧拉方法建立了卫星姿态动力学模型和转动载荷力矩模型,研究载荷产生的动不平衡力矩和静不平衡力矩的机理和特点.分析载荷干扰对卫星姿态的影响特性,给出基于传递函数进行拉氏变换以估算姿态抖动量的方法.分析卫星姿态控制系统设计干扰补偿控制器的条件,给出了控制器的工程设计方法.验证结果表明该方法有效且能提高卫星姿态精度.     

基于地标信息的星敏感器低频误差标定方法

针对星敏感器及其安装结构热变形等因素引起的星敏感器低频误差(LFE)影响卫星姿态确定精度的问题,提出了根据有效载荷提供的地标信息,采用最小二乘算法标定星敏感器低频误差的方法.考虑到卫星姿态确定系统是为有效载荷服务的,为了使卫星姿态确定系统输出的姿态信息与有效载荷相一致,从而准确反映有效载荷的指向变化情况,星敏感器低频误差的标定以有效载荷提供的地标信息为观测量进行.仿真结果表明,所提方法能够有效减弱星敏感器低频误差对卫星姿态确定精度的影响,从而提高卫星姿态确定精度.     

以载荷为中心的暗物质探测卫星机电热一体化设计

暗物质粒子探测卫星是中国第一颗空间高能探测卫星,用于实现5GeV~10TeV大动态范围高能宇宙线（电子、正电子、伽马射线等）能谱测量.卫星有效载荷包括BGO量能器、硅阵列探测器、塑闪阵列探测器和中子探测器,是目前中国发射的载荷比最大的卫星.本文介绍了卫星相关技术方案,包括技术指标、轨道方案、工作模式及系统组成等,突出了其以载荷为中心的机电热一体化设计特点.      

新型复合多视场光学敏感器及其导航方法

基于利用四面镜结构实现的复合多视场光学敏感器,给出了一种高精度天文导航方法,即通过四面镜同时观测地球、导航星和折射星,利用卫星、地球、恒星之间的位置关系,实现自主导航。通过研究导航量测信息的获取途径,给出了复合多视场光学敏感器的5种实用工作方式。结合卡尔曼滤波算法,建立了自主天文导航的仿真模型,并对5种工作方式进行了仿真与比较。仿真结果表明:双组直接敏感地平与单组间接敏感地平结合的导航方式精度最高,位置精度达到了10 m量级。      

Experiment VARIANT – first results from Wave Probe instrument

The international experiment VARIANT was carried out onboard Ukrainian remote sensing satellite SICH-1M launched 2004, December 24. In spite of other than planned satellite orbit and onboard systems failure about 11 telemetric files from VARIANT payload were obtained. Due to episodic and random payload switching the main goal of VARIANT experiment - study of field aligned currents and monitoring of electromagnetic state of the ionosphere – was not possible to realize. However the data analysis from VARIANT instrumentation allowed us to obtain for the first time a reliable confirmation of proper operation in ionospheric plasma of a new device developed for wave activity study – Wave Probe, which consists of compact combination of Split Langmuir Probe working at floating potential and search-coil magnetic field sensor. Such a probe can simultaneously measure variations of one component of spatial current density and a perpendicular component of magnetic field with a spectral sensitivity threshold up to 0.1 pA/(cm² Hz^1/2) and 0.03 pT/Hz^1/2, respectively.     

环境C卫星热系统设计与在轨验证

根据环境C卫星的自身特性, 采用以被动式热控制为主和主动热控制为辅的控制方式, 对环境C卫星进行热系统设计. 通过研究环境C卫星的热控设计原则、热设计状态及已解决的关键问题, 对其在轨飞行温度数据进行了分析. 在轨飞行遥测结果表明, 环境C卫星热控系统方案合理, 工作稳定, 性能良好. 星上设备温度环境很好地满足了设计要求.