X射线天文卫星观测需求分析与控制总体设计

对X射线天文卫星观测需求进行了分析，提炼了观测任务对观测模式、源的高精度定位与对准、轨道、热控、测控数传等多项需求与约束；针对X射线观测的多需求、多约束难点，设计了集巡天观测、定点观测与小天区扫描观测于一体的观测模式，解决了一颗卫星同时实现全天扫描、银道面深度扫描、重要惯性区域扫描、重要及机遇目标深度观测以及伽马暴全天监测的多种观测需求的难题，该技术已在我国硬X射线调制望远镜卫星上得到应用.     

FY-2C卫星太阳X射线探测器性能定标

通过具体的实验对FY-2C太阳X射线探测器进行了详细的定标.太阳X射线探测器的传感器采用充Ar气的正比计数器.主要探测能量大于4 KeV的太阳X射线流量.在坪特性、效率、正比性、能道划分、能量分辨率和时间分辨率等6个方面详细介绍了定标的方法及结果.定标结果表明,FY-2C卫星的太阳X射线探测器在各个方面都具有很好的性能.最后对FY-2C的在轨探测数据与GOES卫星进行了比较.GOES卫星的太阳X射线传感器采用电离室.FY-2C的探测结果与GOES的探测结果非常吻合.结果表明,FY-2C太阳X射线探测器可以很好地监测太阳X射线的流量变化,为空间环境监测提供有效的服务.      

运用信息融合式高阶UKF的微小卫星姿态确定算法

为提高微小卫星微型低成本姿态敏感器的姿态确定精度，基于磁强计/太阳敏感器/陀螺仪的姿态敏感器配置以及无迹卡尔曼滤波方法（Unscented Kalman Filter，UKF），设计了一种基于高阶UKF算法并且融合磁强计与太阳敏感器观测信息的微小卫星姿态确定算法.为提高系统状态方程非线性函数的一步预测精度，采用基于五阶UT变换的高阶UKF算法，增加了Sigma采样点数量，提高了系统状态预测精度.单一观测向量滤波算法不能同时满足多个不同量纲观测数据，本文提出一种同时利用两个观测向量的信息融合式滤波算法，根据磁强计和太阳敏感器的观测信息，通过卡尔曼滤波原理中的增益计算，分别得出地磁矢量和太阳矢量对应的卡尔曼增益信息.采用高斯概率密度准则进行信息融合，进而完成预测值的修正，得到同时满足磁强计以及太阳敏感器观测需求的四元数估计值，降低了观测误差的影响.仿真分析验证了算法的优越性.      

主编的话

正进人2018年以来,空间科学先导专项Ⅰ期发射的悟空号暗物质探测卫星,墨子号量子科学实验卫星,慧眼号硬X射线望远镜在轨运行良好,继续产出高水平的科学数据和研究成果。5月31日,中国科学院正式批准了空间科学先导专项Ⅱ期的实施方案,爱因斯坦探针(EP)时域天文学X射线天文台,ASO-S先进空间太阳观测台,太阳风与电离层磁层耦合计划     

HXMT卫星长期任务规划算法

硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星是中国首颗空间X射线天文卫星.为充分利用卫星资源,使科学产出最大化,需要进行长期任务规划.长期任务规划是一个复杂的多目标优化问题.通过分析HXMT观测特点和约束条件,建立了HXMT长期任务规划问题模型,并采用贪婪算法加遗传算法对模型进行求解.实例分析结果表明该方法能够有效解决HXMT长期任务规划问题.      

“地球云和气溶胶辐射探测”卫星2014年升空

“地球云和气溶胶辐射探测”（EarthCARE）卫星是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和欧洲航天局（ESA）共同研制的世界上首颗配备以主动式遥感器-云和气溶胶观测雷达（CPR）为主,同时搭载了大气探测激光雷达（ATLID）、多频段图像获取装置（MSI）和宽带辐射收支计量装置（BBR）的卫星。值得注意的是在云和气溶胶观测雷达上安装了可展开式主反射镜,且具备功能保持和热控功能,星上搭载的各种遥感器均具备对内部和外部仪器进行性能校正的能力。就这颗卫星而言,不仅检测灵敏度和测速精度高,还具备双频段多普勒测量功能,是一颗专用于环境监测和对云、气溶胶进行观测任务的卫星。它可获取并以大功率、毫米波向地面发送云上升和下降的动态信息、云粒和气溶胶生成以及保有状况等信息,在地面接收包括云粒产生的散射电波等信息,可大幅度提高对云和气溶胶等的观测灵敏度和测速精度。地面仿真实验和多种精密测算认定,这种雷达可以是当前在轨运行卫星搭载的最先进对云观测雷达灵敏度的10倍。这些高灵敏度、高精度的观测和测量数据,不仅对搞清楚云和气溶胶的辐射收支机理,而且对提高气候变化的观测与预报精度,以及采取切实有效对策等都有着重要作用。     

基于扩展卡尔曼滤波的XPNAV-1卫星自主定轨算法研究

X射线脉冲星导航1号（XPNAV-1）是全球首颗脉冲星导航专用试验卫星。利用该卫星观测的单颗脉冲星数据，采用几何约束方法，能够有效抑制轨道误差增长，但存在长时间定轨发散问题。针对XPNAV-1卫星拓展试验任务及脉冲星导航后续发展需求，利用多颗脉冲星的观测数据，研究基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的卫星自主定轨算法。首先，建立该卫星的轨道力学模型和观测方程；然后，详细论述EKF滤波算法和分段式定常系统（PWCS）的可观测性分析方法；最后，通过综合分析XPNAV-1卫星的观测数据、脉冲星对该卫星轨道的覆盖性以及系统状态的可观测性，进行自主定轨算法试验。试验结果表明，基于EKF的自主定轨算法滤波过程收敛，验证了该算法的合理性和有效性。     

空间太阳观测科学任务国际合作典型案例分析

<正>1引言人类对于太阳的思考和探索从未停止过。迄今，人们已利用科学卫星实现了包括X射线、紫外线等在内的全波段、全时域、高时空分辨率的太阳观测，发现了太阳活动驱动的空间天气，对太阳的研究亦拓展至受太阳和太阳风影响的日球层全域。2021年10月14日，我国太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星（CHASE）“羲和号”发射升空；2022年10月9日，     

太阳同步冻结轨道星座保持与捕获

太阳同步冻结轨道卫星在经过同一星下点时光照特性和轨道高度相同，便于载荷观测及定标.由多颗太阳同步冻结轨道卫星组成的星座，需要实现星座成员轨道倾角、轨道高度、偏心率矢量和相对轨道幅角的同时保持.提出了基于切向单脉冲的最低燃耗轨道面内保持策略，证明了该策略的稳定性和燃料最优性， 给出了太阳同步轨道地方时保持简单算法.仿真证明，基于本策略的星座成员能跟踪并捕获目标轨道.面内保持策略还可用于低轨卫星编队低燃耗控制.     

空间电子辐射环境探测载荷测试定标试验平台研制

介绍了中国科学院国家空间科学中心新建成的空间电子辐射环境探测载荷测试定标试验平台.该平台由中、高能极弱流电子加速器以及内置多维真空转台的真空靶室试验终端组成，用于对星载空间电子辐射探测器进行地面加速器测试定标.重点描述了为得到中能极弱流均匀平行束，采用电子轨迹程序Egun对中能极弱流电子加速器进行的物理设计和模拟计算，给出球形结构电子枪在栅网孔不加栅网、加理想栅网和直径1mm孔栅网以及在不同加速管出口能量情况下，初聚系统和加速管以及经过二次扩束时输运段中电子轨迹的模拟结果.最终得出能够实现电子枪初始束流减弱8个数量级，获得满足测试定标试验需求的极弱流均匀平行电子束（在试验终端直径50mm靶上束流面密度为105~109cm-2·s-1）的结论.      

日本第14号科学卫星

日本文部省宇宙科学研究所于1991年8月30日从鹿儿岛宇宙空间观测所用M-3SⅡ(第6枚)火箭发射第14号科学卫星(SOLAR-A)。 SOLAR-A是观测太阳耀斑时释出的X射线和γ射线的观测卫星,是继1981年2月发射的第7号科学卫星(天文卫星-1)之后,日本的第二颗太阳物理观测卫星。众所周知,太阳活动周期为11年,太阳在活动最盛期在其表面频繁出现爆发现象,爆发时间短的只有数十秒,长的可达数小时,这时产生X     

HXMT的空间环境本底计算

硬X射线调制望远镜(HXMT)是一颗宽波段X射线(1～250 keV)天文卫星,其核心载荷高能X射线望远镜(HE)工作于硬X射线能区(20～250 keV),致力于实现硬X射线的高灵敏度巡天观测,描绘硬X射线天图,并对特殊天体作高灵敏度定点观测.为了获得高灵敏度,必须有效地抑制本底.本底主要是由轨道环境中的粒子(γ射线、质子、电子、中子)与探测器相互作用产生的.本文结合大量的描述近地空间本底的文献和最新的实测数据,整理出一套自洽的近地空间本底粒子的数据和公式,便于应用.并通过Geant 4软件模拟计算给出了HXMT的本底及本底随时间和轨道的变化.      

美国参加日本“太阳 A”探测卫星研制

美国航宇局宣布,已选定了一个美国研究工作组,参加日本“太阳 A”探测卫星的研制,[以前称为高能太阳物理学计划(H-ESPP)],他们将通过这颗探测卫星观测X 射线和 r 射线,了解太阳上的高能现象。美国研究工作组将帮助提供一套观测仪器装在日本的“太阳 A”探测卫星上。日本预计1991年用“缪3S-Ⅱ火箭,从鹿儿岛     

透视宇宙的眼睛——“硬X射线调制望远镜”

中国“硬X射线调制望远镜”（Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT）天文卫星将是国际上已知计划中唯一一台既可以实现宽波段、高灵敏度X射线巡天成像,又能够研究黑洞、中子星等高能天体的短时标光变和宽波段能谱的空间X射线天文观测设备。作为我国第1颗天文卫星,HXMT已被明确列入国家《“十一五”空间科学发展规划》和《航天发展“十一五”规划》。HXMT上天后,不仅将使我国的高能天体物理观测研究达到国际先进水平,还可为提升我国在深空探测等方面的能力作出重要贡献。     

太阳敏感器光学信号动态激励系统设计

摘要： 基于微小型两轴转台及太阳模拟器，设计了一种太阳敏感器光学信号动态激励系统，适用于卫星控制分系统闭路验证过程.通过对光源、光路、积分器、准直镜的合理选型、设计，使得模拟光的辐照度、准直度、辐照不均匀度、辐照不稳定度达到了控制分系统闭路验证的性能要求.通过结构设计、滑环设计、伺服控制设计，实现了0.02°的转台角度控制精度，以及360°全范围的角度空间可达.综合试验结果表明，该激励系统能够实现卫星在全天球范围内运行过程中对太阳敏感器的有效信号激励，能够应用于控制分系统的闭路验证系统.     

一种用于对日观测载荷的高精度高更新率太阳敏感器#br#

太阳敏感器作为检测太阳矢量方位角的一种光学仪器,是卫星进行姿态测量、确定和控制的重要敏感器.随着天基对日观测活动的发展,对日精确指向需求强烈,太阳敏感器的精度和数据更新率成为制约对日观测平台稳态控制和精确观测的关键因素.针对太阳敏感器高精度和高更新率的需求,从光学系统、电路系统和软件算法等多个角度出发,设计了一种太阳敏感器,经标定测试,精度随机误差达到0.716″(3σ),更新率达到62 Hz.     

一种用于对日观测载荷的高精度高更新率太阳敏感器

太阳敏感器作为检测太阳矢量方位角的一种光学仪器,是卫星进行姿态测量、确定和控制的重要敏感器.随着天基对日观测活动的发展,对日精确指向需求强烈,太阳敏感器的精度和数据更新率成为制约对日观测平台稳态控制和精确观测的关键因素.针对太阳敏感器高精度和高更新率的需求,从光学系统、电路系统和软件算法等多个角度出发,设计了一种太阳敏感器,经标定测试,精度随机误差达到0. 716″(3σ),更新率达到62 Hz.     

欧洲X射线观测卫星的姿态和轨道控制方法

欧洲X-射线观测卫星(Exosat),重500公斤,直径2.1米,高1.35米(不包括高1.85米的太阳帆板)。它将置入近地点为500公里,远地点为200,000公里的大偏心率轨道,其主要任务是研究高能宇宙射线产生过程,探测软X射线和硬X-射线。1977年开始工业技术设计和研制,1981年进行飞行模型总装,目前卫星的研制工作已进入决定性阶段。卫星的结构特点是:卫星中心体敷有超绝热层,装有一块单自由度回转式太阳帆板。所有分系统都安装在中心体外壳内,各种科学仪器的窗口均位于卫星的一侧,可以沿X轴或平行于X轴观测。在发射期间,太阳帆板折叠在一起,盖住低能成象望远镜和中     

太阳模拟器两轴回转控制系统研究

太阳敏感器是卫星控制系统中的一个重要部件,装星之前需要通过地面试验验证其各项功能及技术指标.本文针对太阳敏感器的地面测试设备——太阳模拟器两轴回转控制系统展开研究.该系统采用伺服电机与绝对式光电编码器相结合的方案,包括偏航与俯仰两个回转控制机构,主要用于改变太阳模拟器光轴的方向.给出了回转控制系统的组成和工作原理,并对影响系统精度的因素进行了分析.实验表明,回转系统的角度控制精度优于0.03°,满足该地面测试设备设计时提出的0.04°精度指标.      

星载多光谱遥感器太阳定标技术的进展

星载多光谱遥感器的太阳定标器一般选择太阳作为基准光源 ,通过它将太阳辐射引入星载遥感器并调节到星载遥感器的动态范围内 ,对星载遥感器进行绝对辐射定标 ,也可对星载遥感器性能变化进行监测和校正。文章介绍一些最具代表性的星载多光谱遥感器的太阳定标器 ,并进行了分析 ,以反映太阳定标技术的现状与发展。目前采用太阳漫射器的星上定标方法可以实现全视场、全孔径、端点到端点的定标。这一方法的严重缺点是漫射器反射比随时间变化。为了解决这一问题 ,设计一种比辐射计或反射比标定装置来监测漫射器的辐亮度、反射比以及太阳常数。因此这种定标方法是很有前途的 ,在现代一些先进的星载多光谱遥感器上获得应用。通过对此方法的分析 ,提出了在太阳漫射器研制中的一些关键技术。