新世纪技术验证计划的小卫星通信

ＮＡＳＡ下一世纪科学针基于廉价频繁的卫星发射，这些卫星将是轻型、低成本、高度自主的小卫星。通过“新世纪计划”（ＮＭＰ），ＮＡＳＡ准备创建一种新的高度综合的方法，对实现这些卫星目标的一系列技术进行开发和空间验证。要满足这些想象的任务要求，并突出降低寿命期成本的目标，对卫星设计、制造和操作各方面将提出挑战。本文集中讨论先进通信系统的体系结构和技术，这些都是ＮＭＰ已明确的关键性能需求，也是空间验证计划当     

哥达德航天中心天基、地基测控网的Ka频段过渡计划

1　工作于Ka频段的驱动因素NASA天基测控网 (SN)目前通过TDRSS卫星和白沙设施 (WSC)的地面设备以S和Ku频段为各种近地轨道科学卫星提供通信服务。同样 ,NASA地基测控网 (GN)利用分布于全球的地面站通过直接对地的S和X频段为科学卫星提供通信服务。按NASA预测许多科学卫星提出的测控需求 ,需要 1Gbit/s或更高的数传速率 ,这些快速上升的数据吞吐速率不可能以现用的Ku和X频段来满足。此外 ,NASA分配给TDRSSKu频段前、返向链路频率在国际电信联盟 (ITU)只是二级用户 ,固定卫星业务 (主用户 )地球站地球 -空间方向的发射会给…     

下一代数据中继卫星系统发展思考

通过系统阐述中继卫星系统的发展过程,给出了主要国家和组织的中继卫星系统技术体制和现状.再结合卫星、载人航天器和深空探索的未来发展趋势,分析了下一代中继卫星系统的发展需求.在此基础上,从体系结构、卫星平台、链路调制体制、网络协议等方面,探讨并给出了下一代中继卫星系统的发展趋势和技术途径.为满足未来近地、深空航天任务,以及临近、低空快速移动用户的不同要求,节约系统成本,下一代中继卫星系统将向专业化和与其他系统融合的方向发展:星间链路将增加激光链路,数据速率可达到10 Gbit/s以上;多址业务成为主用,同时支持用户数能力将极大提高;对于链路调制体制,在采用CR(Cognitive Radio,认知无线电)和SDR(Software Defined Radio,软件定义无线电)技术的基础上,可实现实时自适应调整和根据需求加载配置;数据传输将采用网络化方式,天地间构成一体化DTN(Delay Tolerant Network,容延迟网络).     

小卫星的空间操作

CAT空间系统公司(原DSI)在80及90年代的“小卫星”计划中起了重要的作用。传统低轨卫星的设计、制造、发射及操作成本高,时间长。这些问题一直在激励人们去开发新的工艺、技术,以及低成本、毋需严格调整的卫星。这些卫星采用低功率“小卫星”通信设备(TDRSS用于NASA低轨星则要求大功率),通常搭载不需要大量冗余备价系统并且不需要大型地面设备和人员保障的有效载荷/实验设备。这种小型且适应性强的卫星还有研制周期非常短(通常1～2年)的特点。本文介绍了CTA空间系统(CTA/SS)在这些新计划中采用的几种方法和成功的有代表性的例子,并就如何减轻NASA越来越大的降低航天器及其操作成本方面的压力提出建议。重点是在任务操作的主控设施和各种用户终端(UT)中使用适应性强、功能足够、价格低廉的基于PC机的地面设备。这些系统以CTA/SS多种型号的用户终端成功地控制了20多颗USAF、USN、APPA卫星,从而使这些系统得到验证。这些用户终端经同步轨道卫星和低轨道卫星建立了链路,而且在边远地区自动担负起中继任务。由于用户可以很容易安装轻型天线(通常是用小功率马达、PC驱动的全向或螺旋型),低轨卫星的应用特别显示了这些方法的效能。几英尺长的同轴电缆与小型收发模块(小型PC机大小)相连,串行线与相应PC机相连,便     

交会对接任务天基双目标测控通信设计

针对交会对接任务对测控通信提出的高覆盖率和双目标测控等需求的问题,分析2颗中继卫星能够提供的覆盖率,设计双目标测控工作模式以及天地协同机制,计算中继链路的性能,分析表明,天基测控可提供约72%的测控覆盖率,能够支持双目标测控,链路余量满足要求;统计了任务中关键段落的测控通信工作情况,分析结果和实际任务情况验证了天基测控在交会对接任务测控通信中的重要作用;最后提出后续任务改进和完善的建议。     

跟踪与数据中继卫星系统的性能

一、引言 自60年代初,NASA就组建和操作一个为近地轨道卫星服务的跟踪和数据获取网。TDRSS是一个新测控网,为目前和直到2000年的预期卫星任务服务。该网利用了已经验证的空间和地面系统有关技术构成一个全新的测控站,只是其前端设备置于地球同步轨道上。尽量采用了自动化技术,使系统设置到数据采集以及整个跟踪期间的通信几乎都不需要人操作。     

ARTEMIS计划——欧空局的试用数据中继卫星

“高级中继和技术卫星”(ARTEMIS)是欧洲空间局数据中继和技术卫星(DRTM)计划的一部分,该计划由两个独立部分组成:ARTEMIS和数据中继卫星(DRS)。Artemis工程的主承包商是意大利的ALENIA SPAZIO(ALS),它领导了一个由若干欧洲和加拿大的大型公司组成的工业财团。ALS目前正在制造这颗卫星,预计1998年中作好发射准备(发射时间已推至2000年—译注)。 本文第一部分介绍Artemis卫星的性能和关键特性。Artemis是一颗地球同步卫星,用于数据中继(光、S/K波段载荷)关键技术的开发,还包括高级通信业务(用于移动通信的L波段载荷)的开发。 此外,Artemis还将试验一些能改进欧洲卫星平台的实用化技术(离子推进器,镍—氢电池和精密太阳传感器)。 为承载上述要求很荷刻的载荷,ALS开发了一种卫星平台,能承载600kg以上载荷,提供ZkW的功率。研制过程中特别强调开发一种可重复用于未来航天计划(例如数据中继卫星计划)的平台。卫星设计中密切注意了与多种运载火箭的兼容性,以适应绝大多数发射市场的运载火箭。 第三节介绍该星的开发方法。为使准备制造的各种研制模型最佳化,确保系统成功验证,制造了一系列子设备/装配系统的模型,并经过专门的质量检验测试,包括绝大多数环境试验,旨在降低未来卫星的成本。本文最后一节介绍该计划     

美国三代跟踪与数据中继卫星系统的发展

1983年4月,NASA将首颗跟踪与数据中继卫星（TDRS）送入地球同步轨道。经过20多年的发展,NASA已经部署了两代TDRS,当前正在发展第三代TDRS。本文介绍了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）的演变过程,讨论了每一代TDRS和地面终端站的采购策略与技术要求,比较了第一代和第二代TDRS的特性和能力,并给出了各地面终端站的当前配置情况。     

NASA选定三项航天技术飞行演示验证提案

为加速实现空间通信、深空导航和空间推进能力变革，NASA近期选择了三项技术领域提案作为飞行演示验证项目，投入资金约1．75亿美元。这三项技术领域提案包括：（1）激光通信中继演示验证。该任务将飞行验证一种可靠的、高性能、高效费比的光学通信技术，数据传输速率将是当前通信系统的100倍。（2）深空原子钟演示验证。     

日本数据中继卫星计划

本文介绍了空间站时代日本的一种可能的数据中继卫星系统方案。该数据中继和跟踪卫星系统(DRTSS)将为高达300Mb/s数传速率的轨道航天器提供S波段和Ka波段通信及跟踪勤务。本方讨论了DRTSS的任务要求并进行了分析,还介绍了有关ETS-Ⅵ实验计划的情况。     

NASA准备放宽中继卫星使用限制

跟踪和数据中继卫星系统以前只用于政府的航天器,但每周都有一定的空余能力。NASA目前准备向工业界想试验新技术的用户开放该通信卫星网络。NASA官员说关于如何利用该系统须由工业界决定。 中继卫星位于赤道上空35406公里的轨道上,它能将航天飞机或卫星的数据中继到新墨西哥州白沙的地面终端。     

跟踪和数据中继卫星系统在欧洲的应用可能性

美国航空航天局(NASA)打算在1981年左右用两颗中继卫星组成的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS),取代美国用于跟踪低轨卫星并进行数据和指令传输的现有地面站网。除本国用户使用外,NASA还可将该系统提供给其它国家的用户使用。本文就美国采取了该措施后对欧洲产生何种影响进行了分析。根据欧洲在八十年代到九十年代间需要执行的任务,这里提出了两种可供选择的方案。在相同工作能力下,从费用以及其它方面,将欧洲中继卫星的两种方案与租用TDRS系统进行了比较。通过比较可看出,采用本文提出的欧洲中继卫星系统方案更有利一些。     

COMRING:一个适用于地球观测任务和空间站的小卫星数据中继系统

COMRING(通信环)是一种适用于低轨卫星的数据中继系统新设想,该系统可在低轨航天器与地面间连续传递数据(典型的可传输时间为80～100％)。该系统可提供连续的全球覆盖而无需大规模的地面站网和不可靠的星上数据记录仪。COMRING采用7～9颗小卫星(每颗重160kg)以等间隔配置在用户星同一轨道上,数据的中继经由星际链路完成。用户星可以是一颗遥感卫星或一颗军用侦察卫星。用于空间站的COMRING将置于更高的轨道上以减小大气阻力影响。COMRING的数据传输速率可高达150Mbps。Kayser-Threde拥有这一方案的专利,并已于1996年在为DARA所做的广泛研究中证明了它的可行性。初步的成本估计表明,中继每Mbyte数据的成本与TDRSS(跟踪数据与中继卫星系统)相当。然而,由于COMRING专用于单一用户,它比TDRSS的可利用率更高,因为TDRSS已达到了它的极限能力。     

一种基于多无人机的中继节点布置问题建模与优化方法

针对战场环境下急需在无法通信的节点间构建有效通信链路的情形,使用多无人机作为中继节点,建立了中继节点布置(RNP)问题模型。模型以中继链路有效和无人机安全为约束,以中继布置点位置及相应的无人机为输出,不但考虑了使用的中继无人机数量,还考虑了构建中继链路花费的时间。考虑到该问题是难以求解的混合整数多目标优化问题,同时在紧急应用情形下,要求求解算法快速有效,建立了一种多项式时间中继节点布置算法(PTRPA)。仿真实验验证了所提模型确实能够在更短的时间内完成有效中继链路构建;通过Monte-Carlo方法对比和分析不同因素对PTRPA算法、随机抽样算法、遗传算法求解该问题的结果性能和时间性能的影响,验证了PTRPA算法不但能够给出接近最优的解,且快速有效,满足战场决策需求。     

验证Internet技术用于空间通信

NASA哥达德航天中心 (GSFC)正在进行一项被称作“将任务作为Internet节点来操作 (OMNI)”的计划 ,以验证将Internet通信技术用于空间通信的可行性。其目的是为将来的空间任务提供全球寻址能力、标准网络协议及Internet应用能力。 2 0 0 2年 8月进行的航天飞机飞行对这样的通信结构和操作概念进行了配置和测试 ,该实验被穿插在一项称作“航天飞机上的通信导航论证 (CANDOS)”的任务中进行。该任务使用装在航天飞机舱内的一部小型可编程收发机 ,与NASA地面跟踪站以及NASA中继卫星系统进行通信。这种收发机包括一个运行Lunix操作系…     

NASA刘易斯研究中心试验小型相控阵天线

最近,NASA的一项试验验证了一种实验型机载天线用于飞机和卫星问通信的能力。该试验为新一代小而轻的卫星天线提供了希望。 纽约州锡拉丘兹的马丁马塔电子实验室、西雅图的波音国防和航天组以及德克萨斯州麦金尼的德克萨斯仪器电子系统部研制了一种实验型相控阵天线。5月份,NASA刘易斯研究中心利用它们在一架小型喷气式飞机和NASA的ACTS(先进通信技术)卫星间进行了话音通信。     

地月空间信息网络体系架构对比研究

针对载人月球探测月面全空域、全时域覆盖的通信需求,对现有直连通信和几种引入中继通信的地月空间信息网络体系架构进行了仿真对比分析,最终确定了引入中继通信并融合近月空间子网和近地空间子网的地月空间信息网络体系架构为最优方案,该体系架构兼具多重月面覆盖、长时地面测控可见时间、海外建站数量少和成本相对较低等优势,可为我国未来地月空间信息网络建设提供参考。     

中继卫星系统链路操作影响因素分析

中继卫星系统链路建立和维持是中继卫星系统的关键技术，其直接影响中继卫星系统为用户提供数据中继服务的质量。影响链路建立和维持等操作的因素较多，有些还存在一定的关联性。本文分析给出了影响中继卫星系统捕获跟踪用户平台性能的几个主要因素，如链路建立时间、链路建立概率、中继卫星对用户平台的程序跟踪误差、中继卫星对用户平台的自动跟踪误差等，并就各种因素对中继卫星系统链路操作的影响进行初步评估。     

跟踪和数据中继卫星系统的地面部分

简介跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)地西部分是一套高度复杂的自动通信设备,具有处理多种通信信号的能力,以满足许多用户卫星的各不相同的需求,它能同时满足28颗用户星提出的各种要求。本文补充前几篇文章,介绍了地面部分的功能及实现这些功能的硬设备。本文介绍了与本系统四颗中继卫星构成通信通道所需的七部天线。本文还介绍了正向     

自主机动条件下的实时定轨方法

中继卫星在跟踪自主机动用户目标时,由于机动轨道未知,需要利用中继卫星下传的星载GNSS(Global Navigations Satellite System,全球导航卫星系统)数据进行实时轨道确定与预报,为中继卫星跟踪提供实时的引导信息,以方便中继卫星快速捕获目标和连续稳定跟踪。针对该类用户目标的任务需求,讨论了基于星载GNSS数据自主机动条件下的实时定轨方法,建立了连续推力机动力学模型。以某一型号卫星的实测数据进行分析验证,并对轨道机动进行辨识,计算的机动加速度和机动时间与试验单位提供的结果一致。针对卫星不同机动情况,5min的观测数据定轨预报10min的弧段,最大位置误差小于8km,可以为中继卫星快速捕获提供高精度的引导信息。