美国作战及时响应空间计划及其技术发展预测

美国的作战及时响应空间（ORS）计划是为战术应用而建立的,目的是发展低成本、灵活性的快速响应能力,也就是说,把各军种的战术卫星和近空间系统（及时响应有效载荷）与航天发射系统及航天发射场四个系统作为一个ORS整体或一个综合系统。美国目前正在逐步完善其ORS系统,并全面推进。简要讲述了ORS的作战原理及特点,分析了当前的ORS的几个计划,提出了2025年ORS计划的技术预测。     

星簇结构——大型地球静止轨道卫星的革命性飞跃

"作战及时响应空间"(ORS)航天器作为一种手段,将美国"发展和利用具备军事效能的空间系统"思想转变为及时的方式。值得指出的是:目前与ORS相关的典型任务领域通常满足于低地轨道(LEO)或高椭圆轨道(HEO)航天器的支持,ORS航天器也大多强调在LEO高度范围内活动。而在应用ORS方式并利用新发展的能力替换、增强或重构地球静止轨道(GEO)系统和资产方面存在巨大的挑战,需要在体系结构层次提出新的思想。本文综合最近的国外资料,分析了现有大型单个GEO卫星在满足ORS需求方面的局限性,给出了一种新的能有效满足ORS需求的"星簇结构"概念,并对其特征与关键技术等进行了研究,这对未来ORS任务领域向更高的轨道扩展以及对GEO轨道卫星结构的发展都具有较为重要的意义和参考价值。     

美将于年底发射首颗ORS卫星

“作战响应空间”（ORS）计划旨在发展为战场指挥官直接提供战场信息支援能力的空间系统。美军已相继发射“战术星”-2和“战术星”-3进行ORS能力的演示验证,目前正计划在2010年底使用“米诺陶”-1火箭发射ORS-1卫星。ORS-1卫星是ORS计划的首颗工作型卫星,将应用在伊拉克和阿富汗地区直接为美国中央司令部提供战场图像。     

美国的空间对抗装备技术（上）

按照美国空军近期颁布的《2006财年及以后战略主规划》、《国家安全空间力量发展路线图》和《空间对抗作战》等报告条令，空间作战任务可以概括归纳为空间对抗，空间支援，空间力量增强和空间力量运用四个方面，其中空间对抗是空间作战最基本的核心任务。空间对抗对于完成战略，战术的作战能力具有至关重要的作用，空间对抗有防御性空间对抗（DCS）和进攻性空间对抗（OCS）两种作战样式，它们都依赖于强大的态势感知能力。空间对抗是指通过允许乙方部队利用空间能力，同时遏制对手拥有同样的能力，获得和维持理想的空间优势。美国希望通过发展空间对抗武器装备，进一步提高美军的作战能力，拉大与其他国家在军事上的差距，从而建立一支不受任何挑战，具备攻防兼备能力的军事力量。     

美国空间快响小卫星载荷技术现状与分析

为保障未来战争中能及时补充和维护失效军用卫星,美国正在全面推进空间快速响应(ORS)小卫星计划。该计划主要围绕低成本、灵活性、快速响应能力发展。简述美军的ORS计划发展现状,指出其在2025年前的ORS技术预测,分析ORS侦察小卫星有效载荷技术。     

航天器空间环境及效应监测数据集成化管理与处理系统

空间环境与效应监测数据集成化管理与快速处理是保证航天器在轨安全的重要依据。文章基于航天器空间环境与效应监测数据管理与处理系统的功能要求,给出了系统的组成、架构和数据处理流程。该系统集成了航天器空间环境与效应监测数据的管理、处理、综合分析、参数标定和可视化显示功能,能够实现电子、质子、总剂量、原子氧、温度、表面电位、污染等环境与效应在轨数据的瞬时参数（通量、剂量率、温度变化率、表面电位变化率、污染沉积率）和累积参数（注量、电离总剂量、温度、表面电位、总污染量）的监显,为航天器的在轨健康实时监测、风险快速预报预警提供重要支撑。     

辐射开环空间绳系机器人编队动力学及控制

提出了一种新型辐射开环空间绳系机器人编队系统,其在编队稳定性、任务灵活性及燃料消耗等方面具有明显的优势。针对辐射开环空间绳系机器人编队系统自旋运动过程中的构型误差控制问题,首先建立了编队系统的自旋动力学模型;然后分析了空间绳系机器人的绳系拉力和空间平台的自旋扭矩对编队系统自旋运动中出现的构型误差的控制能力;设计了一种依靠空间绳系机器人绳系拉力和空间平台自旋扭矩作为控制量,对构型误差进行控制的协调控制方法;最后通过数字仿真进行了校验和分析。仿真结果表明：设计的协调控制方法能够明显改善编队系统自旋运动中构型误差的控制效果。     

作战快速响应——军用太空未来纵观

在未来冲突中，太空军队可能面临各种挑战，从防御敌方系统攻击到应对迅速变化的技术和支援需求，可谓不胜枚举。美国空军把应对这些挑战的方案称为“太空作战快速响应”（ORS）计划。     

临近空间飞行器

在ORS发展中,美军首次将临近空间飞行器与战术星、及时响应运载器统一纳入一个军事航天大系统中,提出由战术星、临近空间飞行器和及时响应运载器共同组成“联合作战空间”。超高空长航时无人机、平流层飞艇、浮空器等临近空间飞行器具有机动性好、成本低、易维护等特点,如果处于作战区域,     

柔性关节空间机械臂传感容错无模型自适应控制

针对传感信号畸变、丢失等故障状态严重影响空间机械臂控制系统性能的问题,提出基于空间机械臂运动传感器故障观测的无模型自适应容错控制方法。采用动态线性化和递推参数估计思想设计传感故障监测器,实现对传感畸变及数据丢失等故障的判定,并进行运动状态预测估计;建立包含跟踪误差变化率项的无模型自适应控制准则函数,有效惩罚由传感故障引起的参数估计突变问题;设计面向柔性关节空间机械臂的新型传感容错无模型自适应控制（SFT-MFAC）算法。仿真结果表明,在不同传感故障情况下,所提控制策略均能快速准确识别传感故障信息,避免系统瞬时发散,有效延长系统响应时间,增加控制系统的鲁棒性。     

天基快速响应体系概念研究

为了有效增强现有空间系统应对突发事件的能力,提出了一种基于在轨发射的天基快速响应体系,分析其应用领域和作用过程,明确该体系的特点、组成要素及关键技术,包括适合的在轨发射方案和基于任务的最佳部署策略等。天基快速响应体系由航天器平台、空间运载器、有效载荷和地面基础设施组成,利用空间运载器携带有效载荷实现机动和变轨。文章提出的快速响应体系,面向未来空间在轨服务,有助于增强空间系统在自然故障、突发事件等不确定情况下的快速响应和有效部署能力。     

在未来战争中的多颗卫星联合应用

随着小卫星技术的发展，多卫星的联合应用越来越普遍。就像微型计算机的组网能够发挥单台计算机所不能具有的功能，多卫星的联合应用也能够扩展卫星的性能和可靠性。在未来高技术空间战争中，交战双方谁拥有卫星的数量多，功能强，谁就能够控制空间，掌握战争的主动权。不论是侦察、通信还是导航，多颗卫星的联合应用都能优化卫星的性能，提高整个系统的可靠性。随着航天技术商业化的发展，越来越多的国家参与和掌握了航天技术，航天系统变得越来越容易被利用和破坏，多卫星的联合应用能够相互保护，增强抗攻击能力。     

美国快速空间响应运载器发展研究

航天快速发射系统是具有将有效载荷快速送入预定轨道能力的航天运载系统。迄今为止,在控制空间思想的指导下,航天快速发射系统的发展在美国取得了重要进展。美国空军在1997年公布的《2020年设想》中把航天快速发射作为实现控制空间作战的4个重要能力之一,航天司令部在2001年的一份报告中更是首次明确给出了航天快速发射系统的定义。美国以此为基础已经形成了较为完整的以航天快速发射系统为重要基础之一的空间作战快速响应体系。目前美国正在通过制定长远规划、成立相应机构和增加投入等方式从空间作战快速响应体系的角度推进并带动航天快速发射系统的发展,进一步明确了研发空中发射系统和通过改装洲际弹道导弹获得快速发射能力两种技术方案。     

基于神经网络的不确定性空间机器人自适应控制方法研究

提出了一种针对自由漂浮状态的空间机器人模型不确定性的神经网络自适应控制 方法。通过RBF神经网络逼近模型的非线性函数和不确定性上界,无需预先估计系统的不 确 定性程度和外部干扰,提出的自适应控制律保证了权值的有界性,解决了神经网络权值的UU B（Unknown Upper Bound）问题,即未知上界有界问题,完成了笛卡尔空间内空间机器人轨 迹规划任务。证明了所提出的控制方法的稳定性,仿真结果表明控制方法避免了对空间 机器人动力学模型的参数线性化要求降低了计算量,能够满足实际任务中的实时性要求。
     

基于双子空间跟踪及盲波束形成的GNSS抗干扰算法

根据全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems, GNSS）卫星信号粗捕获（C／A）码的相关峰特点,提出基于双子空间跟踪及盲波束形成的GNSS抗干扰算法。首先通过噪声子空间跟踪将接收信号投影到噪声子空间进行干扰抑制,提高接收信号信干比（SIR）。然后利用指定卫星C／A码与干扰抑制信号进行相关运算,增强指定卫星信号的信噪比（SNR）,结合一维信号子空间跟踪,获取指定卫星导向矢量,实现对干扰抑制信号形成波束指向的目的。本算法不需要知道传输的导航符号以及卫星方位,是一种盲自适应算法。由于采用低运算复杂度的子空间跟踪方法,降低了抗干扰接收机的运算负担,保证了算法的实时性要求。最后通过实验仿真验证了提出算法能够有效地对抗强干扰以及增强GNSS信号。     

空间机械臂抓取目标动力学与寻的制导控制

针对安装有两连杆机械臂的航天器对地球圆轨道上的空间目标已形成自由绕飞（即满足齐次C-W方程）的情形,研究通过机械臂抓取该目标的系统动力学建模与制导控制问题。在目标固连旋转参考系下,运用非惯性系下的拉格朗日分析力学,建立了两连杆机械臂系统动力学方程。忽略惯性耦合影响,对模型进行了合理简化,在此基础上设计了机械臂末端执行器即机械手抓取目标的寻的制导控制规律。然后代入原始复杂模型,进行数值仿真校验。结果表明,在机械臂载体自由绕飞空间目标的条件下,机械手能够准确地抓住目标。     

美军空间对抗武器技术发展研究

空间对抗是美军军用空间力量的基础,包括空间态势感知、防御性空间对抗和进攻性空间对抗。美军在现有系统和技术的基础上,将通过维持、改进现有空间对抗武器装备结合发展创新性武器技术的途径,以及近、中、远期三个发展阶段,继续发展空间对抗武器技术,并计划在2010年前后形成较完整的空间对抗能力,在2030年前后拥有全面的空间对抗能力。     

自由漂浮空间机器人末端轨迹优化跟踪控制

针对自由漂浮空间机器人(FFSR)末端轨迹跟踪优化控制中惯性参数不确定的问题,基于状态依赖Riccati方程（SDRE）,提出一种采用标称SDRE控制器与补偿SDRE控制器相结合的组合优化控制器,通过SDRE基本理论及李雅普诺夫方法证明了控制方法能够实现系统跟踪的能量优化和渐近稳定,实现了FFSR在广义雅克比矩阵非奇异条件下的末端轨迹优化跟踪控制。数值仿真表明,控制器能够实现对于期望末端轨迹的有效跟踪。     

采用MPPT技术的国外深空探测器电源系统综述

最大功率点跟踪（MPPT）技术能够最大限度利用太阳电池阵输出功率,对于光强和温度变化较大的深空探测器,具有一定的优势。对MPPT电源系统拓扑结构及其在国外深空探测领域的典型应用,如＂罗塞塔＂（Rosetta）、＂信使＂（MESSENGER）探测器电源系统等,进行了调研和综述,分析了3种MPPT拓扑结构的特点,并指出光强、温度等空间环境因素,以及负载特性、系统稳定性对电源系统的影响,可为MPPT技术在我国深空探测器电源系统设计中应用提供参考。     

美国空军成功发射ORS-1卫星

据报道：美国空军于2011年6月29日用米诺陶-1火箭，从美国航空航天局（NASA）位于沃洛普斯的弗吉尼亚州大西洋中部地区航天发射场，成功地将国防部作战及时响应型空间（ORS）办公室的ORS-1卫星发射人轨。