ST-5 微小卫星及其空间飞行验证——为未来微小卫星的空间应用展现广阔前景

美国NASA于2006年3月22日成功发射三颗ST-5微小卫星,并组成星座,用于空间地磁观测.经过90天飞行演示,于6月20日顺利结束.演示验证很成功.卫星重25kg,功率24W具有通常卫星全部功能.卫星多项先进技术在演示中得到肯定,空间观测获得史无前例的数据.为此,文章特地介绍了ST-5微小卫星,它的先进技术和设计经验值得借鉴.ST-5将为今后微小卫星空间应用展现广阔前景.     

微小卫星的现状及其在空间攻防中的应用

微小卫星正以其独特的优势在越来越多的领域发挥重要作用.主要介绍了现代小卫星的概念、分类和特点,并以美国和欧空局为例分析了微小卫星的发展现状,最后详细介绍了微小卫星在空间攻防中的应用前景.     

商业微小卫星发展战略研究

正一、概述根据国际通用的按星体质量的分类方法,一般把质量为10～100kg之间的卫星定义为微小卫星。国内一般把500kg以下的卫星定义为微小卫星。如今微小卫星的发展引起了空间技术和应用的重大变革,低成本、高性价比已成为微小卫星发展的核心竞争力,通过微小卫星星座组网或编队容易获得高的时间分辨率和观测覆盖性,缩短重访时间,达到甚至超越大型卫星的功能,以此开展多领域的商业化应用,是世界航天发展的趋势。     

北京一号高性能对地观测微小卫星及其作用

介绍了于2005年10月27日发射的高性能对地观测微小卫星（DMC＋4）——北京一号计划的由来和卫星系统主要内容，探讨了该卫星的主要应用领域和应用重点，对市场前景进行了分析。     

基于微小卫星编队的聚光操控技术

针对空间攻防领域的需求,基于微小卫星编队提出一种聚光操控技术,利用编队内卫星的协同控制聚集太阳光到目标卫星上,造成局部过热甚至烧毁。首先,基于CW方程设计微小卫星聚光编队,分析表明该编队聚光效率较高但需要一种高精度姿轨控算法来支撑。然后,根据任务需求设计基于卫星本体系的姿轨耦合二阶滑模控制算法。最后,通过仿真证明该算法满足编队卫星实现聚光跟随的要求,验证了微小卫星聚光编队在空间攻防领域的可行性。     

微小卫星热控关键技术研究

介绍了国内外微小卫星的现状与发展趋势。针对微小卫星高功率密度和低热惯性给热控设计带来的新问题,讨论了微小卫星的热控制技术,提出了新的设计理念和方法。文章认为,必需尽快研发微机电技术,如何小型化、轻量化、智能化解决散热问题是微小卫星热控制的关键所在。     

微小卫星发展的若干思考

微小卫星具有功能密度高、技术发展快、研制周期短、开发成本低、部署应用灵活等特点。新技术的发展、商业资本的不断投入、发射模式的多样化等因素,使微小卫星在近年来得到快速发展。微小卫星的应用模式发展多样化,技术不断创新且受互联网思维影响,将在通信、遥感、导航、深空探测和科学技术试验领域具有巨大的应用潜力。我国在发展微小卫星时应同时关注技术发展和政策机制,把握前沿技术和创新模式,考虑大规模运行可能带来的问题,并从政策机制上做好统筹规划,以推动微小卫星技术创新发展。     

微小卫星技术与应用的发展

介绍了微小卫星的概念和技术发展状况，并分析了微小卫星的应用前景。重点介绍了国际上几家主要的小卫星制造商和微小卫星应用实例以及编队飞行情况。     

基于UKF的微小卫星姿态确定方法研究

围绕某日-地空间环境组网探测系统中三轴稳定微小卫星定姿分系统的设计需求,基于陀螺、太阳敏感器、磁强计和星敏感器4种敏感器,研究了微小卫星在速率阻尼模式、太阳捕获模式、对日对地定向及维持模式、试验模式下的系统建模方法,以及基于Unscented卡尔曼滤波(UKF)的组合定姿方法。数值仿真结果表明,本文定姿方法的姿态确定精度满足该系统中三轴稳定微小卫星在轨运行的定姿精度要求,为该微小卫星半物理仿真系统的研究及其在轨运行时的姿态确定提供了依据。     

微小卫星综合电子系统综述

微小卫星由于其质量轻、体积小、发射周期短等方面的诸多优点,在军用领域和民用领域得到了广泛应用。随着微小卫星功能密度的增加和性能的提升,微小卫星综合电子系统的复杂度也在日益增加,选择高性能的处理器、总线标准和处理器架构对微小卫星的发展有着重要意义。本文首先对近几年微小卫星的发展进行了梳理;然后列举了微小卫星综合电子系统的基本组成,对不同模块的功能进行了简单介绍;其次通过对比不同微小卫星综合电子系统中处理器、总线和操作系统的应用情况,针对不同软硬件的优缺点进行了对比分析,总结出了适合微小卫星综合电子系统的最优选择;最后对影响微小卫星的发展的关键技术进行了分析,并在此基础上对微小卫星综合电子系统的发展进行了展望。     

Post mission life plan for FORMOSAT-2

This paper presents the enhancement in mission operations, the mission life state-of-health (SOH) trending analysis, and the post mission life plan of the FORMOSAT-2 (or FS2, Formosa satellite #2, was called ROCSAT-2, or RS2, Republic of China satellite #2, previously) during its five years mission life from 20 May 2004 to 20 May 2009. There are two payloads onboard FS2: a remote sensing instrument (RSI) with nadir ground sampling distance (GSD) of 2 m for panchromatic (PAN) and GSD of 8 m for multi-spectral (MS, 4 bands) as the primary payload, and an imager for sprite and upper atmospheric lightning (ISUAL) as the secondary payload. It was launched on 20 May 2004. The design life is 7 years while the mission life is 5 years. In other words, the end of mission life date of FS2 is 20 May 2009. Generally speaking, FS2 is still at very good condition in its SOH. Post mission life plan for FS2 consists of: the practice of orbit transfer for global coverage and better resolution, the development of gyroless attitude control, and the method for life extension. It is expected that the working life of FS2 can be extended 3–5 years.     

Mission analysis and systems design of a near-term and far-term pole-sitter mission

This paper provides a detailed mission analysis and systems design of a near-term and far-term pole-sitter mission. The pole-sitter concept was previously introduced as a solution to the poor temporal resolution of polar observations from highly inclined, low Earth orbits and the poor high-latitude coverage from geostationary orbit. It considers a spacecraft that is continuously above either the north or south pole and, as such, can provide real-time, continuous and hemispherical coverage of the polar regions. Being on a non-Keplerian orbit, a continuous thrust is required to maintain the pole-sitter position. For this, two different propulsion strategies are proposed, which result in a near-term pole-sitter mission using solar electric propulsion (SEP) and a far-term pole-sitter mission where the SEP thruster is hybridized with a solar sail. For both propulsion strategies, minimum propellant pole-sitter orbits are designed. In order to maximize the spacecraft mass at the start of the operations phase of the mission, the transfer from Earth to the pole-sitter orbit is designed and optimized assuming either a Soyuz or an Ariane 5 launch. The maximized mass upon injection into the pole-sitter orbit is subsequently used in a detailed mass budget analysis that will allow for a trade-off between mission lifetime and payload mass capacity. Also, candidate payloads for a range of applications are investigated. Finally, transfers between north and south pole-sitter orbits are considered to overcome the limitations in observations due to the tilt of the Earth's rotational axis that causes the poles to be alternately situated in darkness. It will be shown that in some cases these transfers allow for propellant savings, enabling a further extension of the pole-sitter mission.     

月亮女神探月计划及对我国月球与深空探测的思考

日本月亮女神月球探测器在顺利完成各项探测任务后,于北京时间2009年6月11日受控落月.该探月计划在一箭三星组网探测月球背面重力场、有效载荷创新设计、科研活动组织、成果产出、公众参与和科普宣传等方面有许多亮点,对我国探月工程有重要参考价值.文章综合回顾、分析和评述了月亮女神探月计划的任务、探测器、轨道与飞控、重要事件等...     

嫦娥二号探测器轨道确定与支持

针对嫦娥二号探测器直接进入地月转移轨道、距月面100km高度捕获月球、完成既定任务后飞往日地第二拉格朗日平动点等飞行轨道方面的新特点,分析了定轨预报策略,利用事后精密轨道,全面评估了关键变轨点定轨预报和变轨后快速定轨的精度,其中,近月制动前3h定轨预报至近月点的位置误差为1km,速度误差为 0.3m/s 。利用不同月球引力场模型进行环月轨道精密定轨,根据实测数据残差分析和精密星历比对的结果,采用SGM100h引力场模型的定轨残差均方根最大。此外,针对嫦娥二号扩展任务,分析了不同测轨条件下的定轨精度,测量数据残差分析结果表明,在扩展任务中途修正前的定轨弧段内,测距、时延和时延率数据的残差分别为5m,5ns和1ps/s。     

载人火星探测任务方案构想

提出了一种我国2030年代载人火星探测任务实施方案的构想。通过分批式提前部署方式,分别按货运、载人两个阶段实施对我国载人登火并对火星探测。其中,载人阶段在返回地球时可利用金星借力的方式以缩短整个载人任务周期。利用重型运载和长征五号运载火箭,分别在海南文昌和西昌卫星发射中心发射,实现2030年代的我国载人火星探测。     

小型无人机自主飞行控制系统的实现

介绍了5kg级小型无人机的结构原理,分析了无人机自主飞行控制系统的结构、功能、特点及控制原理,采用嵌入式系统、GPS、电子罗盘和红外传感器等设计了无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和弹射与伞降系统。大量飞行实践和比赛飞行表明,这种小型无人机可执行既定任务并具有良好的场地适应性和自主飞行性能。     

嫦娥一号卫星的初步科学成果与嫦娥二号卫星的使命

嫦娥一号卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心成功发射,2009年3月1日受控落月,在轨运行495d,一共取得了1.37Tbyte的原始科学探测数据,在此基础上生产出4Tbyte科学应用数据产品。通过对这些科学探测数据的初步分析和应用研究,已经获得了包括＂我国首次月球探测工程全月球影像图＂等在内的一系列科学成果,圆满实现了预期的各项科学目标,为推动我国月球与行星科学的研究和后续月球探测工程的开展奠定了重要基础。嫦娥二号卫星在嫦娥一号卫星取得圆满成功之后,进行了一系列技术改进,作为探月二期工程的先导星,将于今年年底前发射升空。嫦娥二号卫星从发射到第一次近月制动所经历的时间由13d缩短为5d,环月轨道高度由200km降低为100km,CCD相机的像元分辨率由120m提高到10m,激光高度计测量月面高程由1次/s提高到5次/s。嫦娥二号卫星将重点开展对月面着陆区地形地貌的精细探测,试验验证相关关键技术,为探月二期月面软着陆奠定科学和技术基础。     

嫦娥五号探测器供配电系统设计与验证

结合嫦娥五号探测器主要任务特点,简要介绍了多器供配电系统的功能需求、多器联合供电方案设计,并通过能量平衡仿真分析、多母线融合控制等关键技术,解决了嫦娥五号探测器在复杂空间环境下多任务、多模式的高可靠轻小型化供配电系统设计难题。在轨飞行试验结果表明:供配电系统功能正常、工作可靠、性能优良。提出的嫦娥五号探测器多器组合一体化供配电系统分析与设计方法,满足并确保了月面无人自动采样返回任务可靠实现,可为未来探月工程及其它深空探测领域供配电系统设计提供参考和借鉴。     

利用地月间空间站的载人登月飞行模式分析

为提高空间站利用率，降低载人登月任务成本，有效开发地月空间，研究了基于地月空间不同轨道空间站的载人登月飞行模式。首先对比直接往返登月飞行模式，对基于空间站的载人登月飞行模式进行任务分析，通过空间站将载人登月任务解耦为载人天地往返任务和登月任务两部分；其次通过轨道设计和稳定性分析提出考虑登月任务需求的地月间空间站可运行轨道和停泊点；最后建立一套飞行模式评价模型，从速度增量需求、飞行时间、空间环境、登月任务窗口、测控条件、交会对接技术难度、后续任务支持性和任务可靠性方面对6种不同位置空间站的登月飞行模式进行分析和定量评价。评价结果表明基于L2点Halo轨道空间站的载人登月飞行模式为更优飞行模式。     

Roadmap to a human Mars mission

We propose a new roadmap for the preparation of the first human mission to Mars. This proposal is based on the work of ISECG and several recent recommendations on human Mars mission architectures. A table is proposed to compare the possible benefits of different preparatory missions. Particular attention is paid to the possibility of qualifying important systems thanks to a heavy Mars sample return mission. It is shown that this mission is mandatory for the qualification of Mars aerocapture at scale-1, EDL systems at scale 1 and Mars ascent. Moreover, it is a good opportunity to test many other systems, such as the heavy launcher and the transportation systems for the trips beyond LEO. These tests were not mentioned in the last ISECG report. This strategy is facilitated in the case of the simplified Mars mission scenarios that have recently been presented because it is suggested that relatively small vehicles with small crew sizes are used in order to optimize the payload mass fraction of the landing vehicles and to avoid the LEO assembly. An important finding of the study is that a human mission to the surface of the Moon is not required for the qualification of the systems of a human mission to Mars. Since affordability is a key criterion, two important missions are proposed in the roadmap. The first is a heavy Mars sample return mission and the second is a manned mission to a high Earth orbit or eventually to the vicinity of the Moon. It is shown that both missions are complementary and sufficient to qualify all the critical systems of the Mars mission.