硬X射线调制望远镜卫星多样性姿态控制及在轨验证

为了实现硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星巡天观测、定点观测和小天区观测等在轨任务,文章提出在控制系统中采用多种姿态指向算法:对日定向慢旋、惯性定向三轴稳定、惯性定向循环小角度旋转等方法,给出了不同观测模式下具体的姿态控制算法,并从算法层面上保证了各约束条件的要求。在设计每种姿态控制算法时,除了需满足控制精度外,还实现了规避太阳或地球等约束条件。控制精度经数学仿真验证和在轨数据分析,结果表明:各个模式的指向精度和稳定度均满足总体要求。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级测试设计与实现

归纳了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的系统级测试特点,其中惯性空间动中探测与X射线望远镜性能测试为相对传统遥感卫星特有的测试需求。提出了适用于HXMT卫星系统级测试的动中探测姿态机动测试方案,通过设计GPS动态仿真模拟器和星地高精度时间统一实现姿态机动闭环测试系统;提出了X射线光管打靶测试方案,利用靶板上不同金属材料的荧光效应产生不同谱段特征的X射线,并对热试验罐内测试进行了针对性设计。整星测试结果表明:测试系统设计合理可行,有效验证了HXMT卫星各项功能、性能指标的正确性,可为后续空间射线探测科学卫星开展系统级测试设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星系统设计与技术成就

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)卫星是中国第一颗大型X射线观测天文卫星,文章以HXMT卫星科学和观测需求为基础,提出了HXMT卫星系统设计思路和方案,包括观测需求的分析、轨道及卫星工作模式设计,以及卫星系统设计、分系统设计、卫星望远镜与卫星平台设计等结果,并介绍了卫星在轨评价及取得的技术成就,通过系统设计及优化,HXMT卫星具有先进的暗弱变源巡天能力、独特的多波段快速光变观测能力,以及拓展的200keV～3MeV能区伽马暴探测能力等优势,可为后续天文卫星的设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星系统级自主功能设计与在轨验证

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨长期连续观测、全天球任意姿态指向、观测目标频繁切换、观测载荷工作温度要求高等多任务、多约束的特点,使卫星的功能设计和传统卫星不同。为确保卫星好用、易用、安全、可靠,HXMT卫星从任务需求和特殊要求出发,以系统化、模块化的设计思路,遵循可交互性、可服务性、开放性的原则,设计了12种系统级在轨自主功能,其中9种为全新设计。卫星在轨运行结果表明:各项自主功能在轨应用效果良好,满足了用户对于卫星长期在轨运行高观测效率、高可靠、高自主、数据下传及时、使用简便灵活的需求。     

硬X射线调制望远镜卫星科学观测应用初步评价

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星已顺利在轨运行1年多,完成了核心科学目标观测。文章概述了HXMT卫星的观测情况,如顺利完成核心观测源和银道面扫描的观测;重点介绍在银道面扫描、黑洞和中子星双星时变与能谱分析、伽马射线暴探测及引力波电磁对应体研究、脉冲星观测及脉冲星导航试验等方面获得的初步成果。HXMT卫星与国外空间X射线望远镜卫星及国内外地面望远镜开展的联合观测,促进了HXMT卫星的标定工作。HXMT卫星在黑洞与中子星研究、伽马射线暴探测及银河系内新源与暴发源监测方面会发挥重要作用。     

XNAV算法及其整周模糊度确定方法研究

X射线脉冲星导航(XNAV)是一种新型的航天器天文导航方法.研究了利用脉冲星脉冲相位观测信息进行导航卫星自主定轨的算法.首先分析了X射线脉冲在卫星和太阳系质心之间的传播时间方程,然后利用卫星与太阳系质心之间的相位差分观测量建立了系统的观测方程;结合导航卫星的轨道动力学特性,采用扩展卡尔曼滤波算法估计卫星的轨道.考虑到卫星轨道动力学预报得到的卫星位置值具有较好的精度,提出直接利用该位置预报值快速确定整周模糊度,并验证了该方法的可行性.数学仿真表明,该导航算法能够精确确定导航卫星在 l惯性系F的绝对位置.     

序言一

正由于地球大气对高能光子的吸收,观测天体高能辐射必须在大气层之上进行。美国于1970年发射第1颗X射线天文卫星自由号(Uhuru),实现了光子能量范围2～20 keV的X射线巡天,打开了人类观测宇宙的新窗口——空间高能天文。光子能量高于20 keV的硬X射线是研究天体高能辐射的关键波段;从20世纪90年代初开始,实现硬X射     

基于多观测模式的科学卫星构型布局设计与验证

空间观测科学卫星一般会有多种观测模式,不同观测模式对卫星提出不同的构型布局需求。硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星在轨能够实现巡天、小天区、定点、伽马暴等4种主要观测模式。通过对卫星不同观测模式进行分析,得出各观测模式对构型布局设计需求,完成HXMT卫星适应多观测模式的构型布局设计。采用模块化、集成化的原理,设计服务舱+载荷舱的整星构型形式,以提高总装操作和测试的开敞性,实现并行研制;采用将望远镜背向安装在载荷舱顶板的布局方式,有效降低卫星平台对有效载荷的感生本底干扰,并屏蔽地球大气的反照本底;采用星敏感器与望远镜一体化安装布局,保证在轨望远镜光轴指向的确定精度;通过设置多维遮阳板,以减小定点和小天区扫描模式下对望远镜的空间外热流。     

一种复杂载荷任务的卫星数据信息链设计

硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星用于实现宽能区X射线高灵敏度和空间分辨率巡天成像。针对HXMT卫星载荷种类多、工作状态多样、卫星数据信息传递实时性和同步性要求高的特点,分析了卫星数据信息链的基本过程,设计了卫星数据信息链系统。通过采取冗余设计、容错设计等方式,保证了数据信息传递的实时性和可靠性。地面测试和在轨运行结果表明:HXMT卫星数据信息链系统运行稳定,满足卫星使用需求。     

硬X射线调制望远镜卫星总装设计与实现

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星有效载荷质量大、探测器数量多、地面存储和在轨工作环境要求高的特点,设计了HXMT卫星总装方案,提出了多种探测器电接口集成优化设计、望远镜外热流抑制总装设计、望远镜杂散光消除总装设计和望远镜总装全周期环境保障设计,并得到了研制实践验证。HXMT卫星在轨运行结果表明:总装设计合理可行,能满足望远镜的需求,可为我国后续空间X射线天文卫星的总装设计提供参考。     

关于准三轴稳定太阳观察卫星姿控系统的精度问题

天体观察卫星为了对天体进行观察、摄影,卫星的三轴都需要在惯性空间定向,这就是三轴稳定卫星。有的卫星除了要对某一天体进行观察外,还要对整个太空进行扫描,这时星体要围绕着对天体的定向轴缓慢转动,我们称这类卫星为准三轴稳定卫星。太阳的视角只有0.5°,而为了保证对太阳摄影的分辨率,整个摄影的视角不宜太大。因此定向精度要求比较高,定向误差必需在±0.1°以内。而影响定向精度的因素很多,下面我     

仅有单个陀螺的Drag—free卫星初始速率阻尼模糊控制研究

研究了在仅有偏航姿态测量陀螺时,利用Drag—free卫星与其内部定向体间的相对状态观测值实现姿态确定的方法。针对Drag—free卫星的特点,建立了定向体的空间姿态观测模型和Drag—free卫星的姿态动力学方程,据此推导了用于姿态确定的Kalman滤波算法。为实现初始速率阻尼阶段Drag—free卫星的三轴姿态稳定,设计了模糊控制律。仿真结果验证了方法的有效性。     

千呼万唤始出来 美国空间红外望远镜升空

美国航宇局用于天文观测的最后一个“大观测台”天文卫星———“空间红外望远镜设施”(SIRTF)在推迟几年之后,终于在8月25日由一枚德尔它2重型火箭从卡纳维拉尔角空军站发射升空。卫星进入绕太阳运行的轨道。这次发射也是德尔它火箭计划的第300次发射。耗资12亿美元的SIRTF卫星将以前所未有的精度进行红外天文观测,将使美国航宇局同时具备光学(哈勃太空望远镜)、X射线(钱德拉X射线观测台)和红外(SIRTF)空间天文观测能力。科学家们希望SIRTF能拍摄到在视觉和科学上都同哈勃拍摄的一样壮观的图像。     

硬X射线调制望远镜卫星载荷数据存储系统设计与验证

针对X射线科学数据全天时、种类多、数据率变化大、更高准确性和可靠性的要求,研制了硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星数据存储系统(DSS),用于实现对有效载荷和卫星平台数据的接收、处理、记录、存储以及回放。文章在给出了数据存储系统功能需求分析的基础上,对工作模式灵活多样和在轨长期工作下的高可靠性存储这两个最主要特点的设计和验证情况进行了说明。通过软件注错、辐照试验,以及在轨长期连续运行结果表明:HXMT卫星的数据存储系统灵活性高、可靠性好、运行稳定,完全满足用户需求,对HXMT卫星科学目标的实现奠定了基础,可为后续航天器数据存储系统的设计和验证提供参考。     

空间目标多星多角度实时近距离三维详查研究

针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行网格离散。分析了各网格被单颗观测卫星观测的情况,统计详查覆盖率、详查最短时间,分析不同绕飞距离对任务特性的影响;设计卫星观测光轴转动策略和多星编队协同观测策略,通过数值算例分析不同策略对卫星近距离观测任务的影响。结果表明:所设计的绕飞编队观测构型可满足实时、全覆盖观测空间目标的要求,可应用于绕飞监测、协同操作等近距离空间在轨操作任务。     

基于脉冲星的空间飞行器自主导航技术研究

研究了利用X射线脉冲星实现空间飞行器自主导航的原理,指出通过测量脉冲星发射的脉冲到达航天器与到达太阳系质心的时间差可以确定该航天器的位置。给出了两种适合用于处理脉冲星观测量的方法,即基于最小二乘(LS)的方法和基于卡尔曼滤波(KF)的方法。通过数值仿真验证了X射线脉冲星自主导航技术的可行性,并且说明采用KF算法能够有效利用卫星轨道运动方程中包含的导航信息,从而获得更高的导航精度。     

硬X射线调制望远镜卫星中能望远镜设计与验证

中能望远镜是硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星的3台望远镜之一,主要功能是5～30keV能区的X射线巡天及定点观测。其设计综合采用了低漏电流Si-PIN探测器技术,低噪声、高灵敏专用集成电路(ASIC)技术,以及高精度准直器技术,实现了高能量分辨率与高时间分辨率的设计要求。中能望远镜在轨运行1年多,平均能量分辨率半高宽(FWHM)优于3keV(在17.8keV时),时间分辨率为256μs,表明其性能优于能量分辨率指标FWHM 3keV(在20keV时)、时间分辨率1ms的科学分析需求。     

空间太阳X射线成像望远镜技术

阐述了空间太阳X射线成像望远镜(SXT)在近地环境空间天气观测中的作用和意义。介绍了国内外SXT技术的发展和应用情况，分析了仪器的工作原理、主要观测目标和应具备的基本功能以及关键部件。     

欧空局的红外空间观测器

本文简要介绍了欧空局的红外空间观测器(ISO)的总体布局,详细叙述了ISO的任务和工作要求,其中包括进行红外观测时对卫星舱体的温度要求,光学部分的光采集和杂散光限制要求,观测天体的定向要求,地面站的防护措施,设计时的电磁兼容性问题,以及ISO卫星的数据采集和传输。     

序言二

正硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星,是我国首颗根据中国科学家独特的创新理论研制的空间X射线天文卫星。HXMT卫星由国家国防科技工业局、财政部于2011年3月联合批复立项,由国家国防科技工业局民用航天科研和中国科学院战略性先导科技专项共同支持。中国空间技术研究院负责卫星抓总研制,中国科学院高能物理