星载反射阵天线应用现状与发展趋势

反射阵天线具有平面结构、低成本、易于展开、灵活的波束形状等优点,兼具反射面天线和相控阵天线的若干优点.随着配备反射天线的ISARA、MarCO等立方体卫星相继成功在轨验证,反射阵天线的技术成熟度得以提升并且逐渐获得航天应用领域的认可.反射阵天线正在成为一种非常有潜力的高性价比星载天线形式.首先简要介绍了反射阵天线的基本原理、技术特点以及研究历程,其次重点介绍了星载反射阵的论证案例与在轨演示验证试验,最后归纳总结了星载反射阵天线未来的发展趋势,为我国后续开展星载反射阵天线技术应用提供技术参考.     

海洋二号C卫星船舶自动识别系统优化与应用

为降低卫星在船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)载荷频段电磁干扰处理工程实施代价,打破近海海域接收屏障,文章提出了AIS赋形高增益梯度天线、AIS抗电磁干扰与连续捕获等载荷优化方法,并开展了整星AIS频段电磁环境优化设计与处理。相关优化措施的有效性在卫星地面测试过程得到了验证,卫星入轨后,AIS载荷可适应卫星工作工况,在轨接收效能得到进一步验证。结合海洋二号C(HY-2C)卫星AIS载荷在轨表现,分析了AIS数据应用情况,给出了后续AIS载荷在设计及工程上的优化建议。     

遥感卫星高精度高稳定度控制技术

对遥感卫星高精度高稳定度控制技术进行了综述。给出了国内外高稳定度多挠性遥感卫星控制、快速机动控制、高精度姿态确定、自主智能控制等典型应用,以及未来发展趋势。分析了挠性多体卫星结构-控制一体化设计、卫星在轨试验和高精度姿态确定等关键技术。讨论了挠性多体卫星动力学建模仿真及地面试验验证,H∞控制、自适应滤波前馈等卫星姿态控制方法研究与应用,卫星结构模态与无干扰力矩在轨辨识,以及基于陀螺、星敏感器及其误差、卫星动力学模型、在轨热变形标定等高精度姿态确定技术。     

一种高精度中继卫星捕获跟踪外场无线试验方法

为了验证中继卫星捕获跟踪系统设计,充分考虑地面环境和在轨应用的差异,提出基于近似远场条件下的中继卫星捕获跟踪技术验证方案。利用中继卫星设备、用户航天器模拟设备、高精度二维轨道模拟设备、光学指向设备、天线重力卸载设备以及地面测试设备等组成的验证系统进行捕获跟踪试验,给出了静目标和动目标捕获跟踪试验结果,并与仿真跟踪过程进行了比对。试验结果和仿真结果一致,验证了文章提出的中继卫星捕获跟踪技术验证方法的有效性,进而验证了捕获跟踪技术方案、单脉冲角跟踪体制、跟踪策略等,为中继卫星在轨可靠工作提供技术支撑。     

高分三号卫星总体设计验证

高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点。文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力。GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考。     

立方体纳卫星的发展及其启示

介绍了立方体纳卫星的发展概况;对“震动卫星”、Cute系列、“加拿大先进纳太空实验”卫星和Coral卫星平台等典型项目进行了分析,重点对立方体纳卫星的任务、姿态与轨道控制、电源系统、通信系统、星载综合电子和可靠性等方面进行了总结。结合立方体纳卫星快速发展的原因,提出了以下建议：结合在轨服务、深空探测和新技术空间飞行演示试验等应用需求,发展微电子技术、微机电系统技术的航天应用、微卫星平台技术和标准化辅载荷发射接口技术。     

小型化自动识别系统天线在卫星上的应用研究

提出一种M构型的新型小型化AIS天线,适用于布局复杂、结构紧凑的各种小卫星AIS系统。天线基于倒F天线设计,具有结构简单、尺寸小、重量轻等优点,便于星体安装和在轨应用。仿真分析和实测结果表明,天线在星体环境下的增益覆盖性能满足卫星覆盖要求。目前,天线已在多颗小卫星上得到成功应用。     

MATLAB与STK组合仿真在星载天线伺服系统设计中的应用

利用MATLAB和System Tool Kit(STK)软件搭建组合仿真环境。以某卫星的天线算法为例,将仿真结果与在轨数据进行比对。组合仿真综合考虑了轨道特性和卫星姿态变化对天线指向角度的影响。仿真结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够提前验证指向算法的准确度和精度,仿真数据与在轨实际应用数据一致性高,对后续天线指向算法设计具有较强的指导意义。     

超宽带相控阵天线的发展现状及星载应用展望

面向卫星载荷小型化、集成化和多功能一体化的发展趋势，具有超宽带、高增益和波束灵活特性的天线是目前星载天线领域的研究热点，其可满足通信、干扰、侦察、探测等多种不同应用场景，具有十分迫切的需求。首先对不同形式的超宽带天线单元进行了归纳梳理，根据天线的机电特性和空间环境适应性情况，给出了星载应用选型建议；其次对不同的超宽带波束形成方式进行了阐述，重点分析了不同波束形成方式的优缺点及其在卫星平台上的适用性；总结了超宽带相控阵天线涉及到的关键技术，对主要的技术途径进行了介绍；最后对超宽带相控阵天线的星载应用技术发展提出了建议，可为我国后续开展星载超宽带相控阵天线的技术研究和工程应用提供参考。     

立方体卫星电源系统及关键技术

在对立方体卫星电源系统调研的基础上,介绍了国内外立方体卫星电源系统研制基本情况和立方体卫星电源系统的基本原理,结合当前航天器电源系统应用实际及立方体卫星技术特点,通过对比提炼,对立方体卫星电源系统关键技术进行了梳理分析,重点对供配电体制、结构拓扑、高功率密度实现、接口标准、系统功耗控制等关键技术进行了介绍,对各关键技术的特点、应用、研究状况、难点及主要实现途经等进行了分析。总结了立方体卫星电源系统发展趋势,指出了立方体卫星电源技术的发展重点,给出了立方体卫星电源系统发展建议。以上内容对立方体卫星电源系统的研制应用及发展,具有一定的参考价值。     

Inflatable antenna for cubesats: Motivation for development and antenna design

CubeSats and small satellites have potential to provide means to explore space and to perform science in a more affordable way. As the goals for these spacecraft become more ambitious in space exploration, moving from Low Earth Orbit (LEO) to Geostationary Earth Orbit (GEO) or further, the communication systems currently implemented will not be able to support those missions. One of the bottlenecks in small spacecraft communication systems is represented by antennas' size, due to the close relation between antenna gain and dimensions. Current antennas for CubeSats are mostly dipole or patch antennas with limited gain. Deployable (not inflatable) antennas for CubeSats are currently being investigated, but these solutions are affected by the challenge of packaging the whole deployable structure in a small spacecraft.The work that we propose represents the first attempt to develop an inflatable antenna for CubeSats. Inflatable structures and antennas can be packaged efficiently occupying a small amount of space, and they can provide, once deployed, large dish dimension and correspondent gain. Inflatable antennas have been previously tested in space (Inflatable Antenna Experiment, STS-77). However they have never been developed for small spacecraft such as CubeSats, where the packaging efficiency, the deployment, and the inflation represent a challenge.Our study explores for the first time the possibility of developing such antenna in a way compatible with CubeSat dimensions and constraints. The research provides answers on the possible dimensions for an inflatable antenna for small satellites, on the gain and resolution that can be achieved, and on the deployment and inflation mechanism compatible with CubeSat. Future work in the development of the antenna will include the test of the antenna in flight during a specific technical demonstration mission.The article is structured as follows: context and motivation for Cubesat inflatable antenna are described; then a study to design the antenna which achieves the required performance metrics, while respecting the constraints imposed by CubeSat structure, is presented.     

翱翔系列立方星的发展和展望

针对西北工业大学“翱翔”系列立方星在低成本、短周期、快响应的立方星技术方面的突破，介绍了应用于大气层外偏振导航技术试验的世界首颗12U立方星“翱翔之星”，世界首次组网开展低热层大气参数测量的QB50计划“翱翔一号”立方星等，总结了“翱翔”系列立方星的标准化结构设计、姿态控制系统、电源系统、星载计算机、通信与测控、部署器等核心系统的发展现状，介绍了自主研制的飞轮、磁力矩器、偏振敏感器载荷。并基于在轨组装，编队飞行，一箭多星等技术对“翱翔”系列立方星的应用进行了展望，对探索柔性、高精度、长寿命的立方星将有重要的意义。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题，提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS)，并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先，推导太阳电池阵列的数学模型，并根据太阳电池阵列的工作特性，提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次，设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法，并进行了数学仿真校验。最后，对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明，电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验，在轨数据表明电源系统工作状态良好，为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

三单元立方体卫星的结构特性分析

立方体卫星凭借着其质轻、体积小、灵活性强等特点得到了快速发展。文章以南京理工大学研制的三单元立方体卫星为研究对象,采用有限元法对其结构进行仿真计算,验证了整星模态频率满足刚度要求。基于仿真结果对PVC板进行了合理的改进,结果显示立方体卫星3个方向的一阶频率分别提高了36.8%、14.4%和36.3%,同时改善了PVC板的振动特性,为后续整星振动试验的开展及其他立方体卫星的结构设计提供了参考依据。     

空间细胞机器人系统关键技术及其应用

针对传统空间操控装置难以适应未来大型空间设施在轨建设的问题，提出一种能够实现多层次自重构的空间细胞机器人系统，并对其概念体系以及设计理念进行了分析。介绍了空间三角桁架装配场景下的空间细胞机器人系统硬件设计。提出了空间细胞机器人系统关键技术，包括多智能体协同不确定行为规划、多层次机器人系统构型决策、多智能体协同无环境地图自主导航以及多智能体分层协同分布式控制等。最后结合空间细胞机器人系统的特点与优势，对其应用前景进行了展望。     

The dynamics of the space shuttle orbiter with a flexible payload

The Space Shuttle Orbiter will be used as an orbital base for near-term space operations. Its payloads will range from compact satellites to large, flexible antennas. This paper addresses the problem of the dynamics and control of the Orbiter with a flexible payload. Two different cases are presented as examples. The first is a long, slender beam which might be used as an element in a large orbiting structure. The second is a compact satellite mounted on a spin table in the Orbiter payload bay. The closed loop limit cycles are determined for the first payload and the open loop eigenvalues are calculated for the second. Models of both payloads are mechanized in a simulation with the Shuttle on-orbit autopilot. The vehicle is put through a series of representative maneuvers and its behavior analyzed. The degree of interaction for each payload is determined and strategies are discussed for its reduction.     

星载控制软件在轨动态重构技术研究

为使星载控制软件可在轨动态重构，提出一种基于量子编程框架、无须操作系统支持、可实现多版本切换的星载控制软件在轨动态重构方法。在分析影响在轨动态重构关键技术基础上，从量子框架的面向对象运行机制出发来寻求软件框架对动态重构的支持；通过划分函数边界，将函数归类为内部函数和公共函数，避免了模块间的循环依赖；给出了函数向量表维护策略，并以版本号为导向实现了向量表切换。该方法在BM3803星载处理器平台进行了充分测试，结果表明：所提出的在轨重构方法系统无须停机、版本可回退且更新过程可靠。本方法占用内存小、平台依赖性弱、代码可复用性强，可推广应用至硬件资源有限的星载控制器终端。     

星上遥感影像在轨处理进展研究

从星地数传、高时敏任务等对星上遥感影像在轨处理的需求出发,本文对美国、欧洲以及国内主要的星上遥感影像在轨处理进展进行了研究;以此为基础,结合星上遥感影像在轨处理框架与深度学习等智能处理技术,分析了高性能星上智能处理平台构建、基于深度学习的遥感影像在轨智能处理、多源遥感影像数据在轨融合处理、星地协同数据处理及在轨更新等星上遥感影像在轨处理关键技术;最后,对星上遥感影像在轨处理未来发展趋势进行了总结,为进一步提升遥感卫星在轨应用效能提供参考。     

Research progress and accomplishments on International Space Station

The first research payloads reached the International Space Station (ISS) more than two years ago, with research operating continuously since March 2001. Seven research racks are currently on-orbit, with three more arriving soon to expand science capabilities. Through the first five expeditions, 60 unique NASA-managed investigations from 11 nations have been supported, many continuing into later missions. More than 90,000 experiment hours have been completed, and more than 1,000 hours of crew time have been dedicated to research, numbers that grow daily. The multidisciplinary program includes research in life sciences, physical sciences, biotechnology, Earth sciences, technology demonstrations as well as commercial endeavors and educational activities. The Payload Operations and Integration Center monitors the onboard activities around the clock, working with numerous Principal Investigators and Payload Developers at their remote sites. Future years will see expansion of the station with research modules provided by the European Space Agency and Japan, which will be outfitted with additional research racks.     

SpaceMocap：在轨人体运动捕捉系统

SpaceMocap是一套基于多RGB-D相机的计算机视觉航天员运动捕捉系统。地面准备阶段，扫描航天员模型，并分别标定彩色相机的内参数。在轨采集阶段，3~4台相机布置在舱内角落，同步采集航天员任务视频。地面处理阶段，通过相机外参数标定和ICP方法实现点云融合，采用深度神经网络对人体关节点位置进行检测并初始化位姿参数，再用改进的ICP方法进行位姿求精，实现序列图像中关节角度跟踪。本系统搭载TG-2升空，对SZ-11航天员的任务视频进行了采集和处理，首次获取了在轨航天员的姿态(包括中性体位)、占位空间、运动参数等重要数据。结果表明，运动捕捉的模型与点云具有良好的重合度，关节点位置与关节角度具有较高的跟踪精度。SpaceMocap是我国首个在轨运动捕捉系统，它小型、轻质，具有计算机视觉特有的非接触测量、直观、高精度优势，无需在人体上粘贴任何标志，具有良好的抗遮挡能力，完全适用于微重力、狭小空间环境下的在轨应用 。