NASA任务操作与控制结构项目

航天任务复杂性的增加与航天任务预算的急剧削减之间的矛盾造成了要求迅速降低卫星的设计与操作费用的巨大压力。为实现这些费用的降低,一种主要的方法是降低支持任务操作系统的开发和操作费用。 NASA总部通信与数据系统部用以解决该难题的一个策略是其任务操作控制结构(MOCA)项目。该项目的技术方面授权哥达德航天中心(GSFC)的任务操作部(MOD)负责。MOCA将开发出一种任务控制与数据获取结构及可支持标准,以引导未来卫星和GSFC的任务控制设施的开发。该结构将降低对全天24小时操作的需求,实现飞行与地面软件组件在不同任务间的高级别重复应用,并通过实现相应功能从地面到卫星的转移来增强整个系统的适应能力。 最终的结果是为GSFC自己开发的卫星的星地系统接口设计形成一种确定的方式,以及包括数据结构、接口和协议等在内的端一端卫星控制过程的规范。这些方式和规范都适宜于包含在对未来的空间卫星的征购文件中。如在征购文件中飞行软件核作为政府提供设备供给的话,将可得到开发和维护。 本文介绍了MOCA项目,包括其当前状态和未来结果。     

对下一代卫星操作控制的系统研究

自1975年发射首颗ETS-1卫星以来,总计已发射了28颗NASDA(日本空间局)卫星。关于卫星的操作,NASDA已经开发了实时遥测/遥控处理系统,可通用于不同类型卫星。目前第三代系统已投入使用。而卫星操作的最新发展趋势则是更加复杂,例如正在出现采纳CCSDS建议的卫星,而且计算机技术也发展的相当迅速。 此外,NASDA在卫星操作中的任务正从主要是卫星星体操作发展为实验/整个卫星任务操作。根据这些情况,NASDA已经开始研究适于操作未来卫星的下一代操作系统。研究中考虑到以下几点: ·任务支持的要求 ·卫星设计的趋势 ·计算机环境的进展 本文是该研究的阶段性报告。     

SDI△181探测器舱的遥控中心

霍普金斯大学应用物理实验室(JHU/APL)设计的在轨探测器舱要完成许多SDI(星球大战)△181计划的重要实验。这些实验需要许多在轨遥控和监视操作,还要动用全球性地面设施网。主要设施是应用物理实验室设计和安装的探测器舱遥控中心(SMCC)。该中心坐落在卡纳维拉尔角空军站(CCAFS),连接到由东靶场、空军卫星控制网(AFSCN)、肯尼迪航天中心和西靶场设施组成的地面网上。 由于该任务很复杂,给SMCC的设计、建造和操作带来一系列挑战。本文介绍SM-CC功能设计方案以及地面支持网遥测和遥控方面的一些特殊问题。     

一种灵活的用于实时试飞控制设施的话音通信系统

由于实时试飞任务的复杂性,参试者数量日益增多,以及试验任务的严格要求,迫切需要为各任务保障部门提供一种可靠的、通用的话音通信网。这种话音通信系统直接影响到每次试飞的效率和参试人员的安全。该系统应满足每个参试人员的独特通信功能和操作要求。本文介绍佛罗里达州爱格林空军基地空军研制试飞中心(AFDTC)的中心控制设施(CCF)话音通信系统的功能、操作和人机工程等方面的问题。该通信系统是根据爱德华空军基地数字交换台技术要求合同采购的。     

一种半实物卫星通用测控仿真平台设计与实现

卫星通用测控仿真平台是为了提高测控支持效率和能力而提出的。根据航天测控任务需要以及测控设备的特点，设计了基于半实物的卫星通用测控仿真平台硬件环境。采用面向对象技术，结合喷泉模型进行了软件开发。通过抽象以及采取“穷举覆盖、描述文件、参数表、动态连接库、分支语句”等方法，建立了卫星通用测控仿真平台数学模型。通过与真星比对，该平台在信道的电气性能和数据层与真星具有等价性，并成功地应用于近地和同步卫星的系统联试和任务实施中。     

利用基于模型的推理进行卫星异常诊断

目前大多数卫星的监视和控制需要使用复杂的地面站，并驻有技术高超的操作手。卫星操作手必须能快速识别和诊断异常情况。许多情况下，不能完成此任务就会丢失重要信息，不能完成任务，极端情况是卫星损坏。许多负责操作卫星的政府和商业机构都面临削减预算，故要寻求用更少、技术水平较低的人员来操作卫星。这些机构寻找各种人工智能（ＡＩ）技术作为减少卫星地面控制设施人力以及技术水平的措施。至今将指出这种技术的不足，介绍利     

小型科学卫星的地面站

为使小型科学卫星计划的总费用保持低水平,必须尽量降低地面站操作和支持费用。不仅要求操作和支持本身低费用,还要求地面站硬件以及与卫星任务有关的软件的开发也如此。Rutherford Appleton实验室(RAL)最近在IRAS和AMPTE国际卫星工程的经验已证明利用国家小型设施可以实现低费用目标。本文介绍了RAL的设施以及研究软/硬系统模块化、可靠性和少量高水平专业操作人员的不同关系而降低成本的各种方法。     

敏捷成像卫星多星密集任务调度方法

 面向应急观测需求,对敏捷成像卫星多星密集点目标观测任务调度问题进行研究。针对敏捷成像卫星观测特点,综合考虑卫星可观测时间窗口、任务间卫星姿态调整时间、卫星最长连续工作时间、星上存储容量、卫星能量等约束,建立多星任务调度模型。提出了一种改进的蚁群优化(ACO)算法对调度模型进行求解。该算法借鉴了蚁群系统(ACS)和最大最小蚂蚁系统(MMAS)的思想,结合调度相关约束设计寻优策略和信息素更新策略。引入任务优先级、最早及最晚可观测时间等因素来控制转移概率。仿真结果验证了模型和算法的有效性。     

任务操作中心——航天器地面数据系统关键部件的一体化

在以减少预算、限定系统开发时间和用户要求增加能力为特征的环境中,国家航空航天局开达德航天中心的任务操作处(MOD)在开发其航天地面数据系统方面提出了一个新的、高经济效益的新概念:任务操作中心(MOC)。按这种称为的方法,使用一种现代化的图形用户接口把关键部件集成为一个集航天器规划、监视、遥制为一体的综合系统。MOD目前正在构造多个MOC,其特点是采用通用的、可重复使用的和可扩展的系统结构,可支持X射线定时探测卫星(XTE)、热带降雨测量卫星(TRMM)和先进合成探测(ACE)卫星。 由于有了MOC方法,各种任务操作集合成整体,用户用一个系统即可完成实时健康和安全监视、实时遥控、实时姿态处理、航天器实时和预测性图形式监视、趋势分析、任务规划和调度、指令生成和管理、测控网调度、引导星选择;用专家系统进行航天器监视以及故障排除。MOD还准备按新的MOC管理机构构造测试和训练模拟器。 本文描述了MOC的概念,开发MOC系统中所使用的管理办法,使用的技术和构造MOC系统中对开发过程进行的改进,以及采用MOC法对用户和卫星工程带来的预期益处。     

GalileoSat计划中的地面部分结构和运作初步方案

GalileoSat是欧洲空间局 (ESA)Galileo计划的补充计划 ,一项为设计、开发、验证和操作现代化、独立的全球导航卫星系统而设立的欧洲新研究课题。其内容涉及Galileo空间和有关地面部分的设计、开发和在轨验证。系统运作方案负责系统的各个阶段 ,从发射与初轨阶段、卫星和载荷的移交、在轨验证阶段、星座部署、应用、星座维护 ,直到最终报废处置。1　任务概况Galileo将为全球用户提供卫星导航信号和精确时间 ,初期还向欧洲共同体地区提供完好性信息。该导航系统还将实施有商业价值的业务 (创收业务 )。该系统将由民间单位控制 ,采取开放式…     

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     

空军卫星控制网的九十年代计划

一、引言空军卫星控制网是二十多年前建立的,此后发展成为国家的重要卫星测控网。该网目前包括七个全球远方跟踪站和一个中心控制设施——位于加利福尼亚州桑尼威尔的卫星试验中心(图1)。正在执行的一系列改造计划将明显增大空军卫星控制网的能力。其中有两项对九十年代的空军卫星控制网操作有很大影响,即数据系统现代化(卫星试验中心集中式实时数据处理)和综合航天操作中心的建设。     

通信卫星模拟器通用基础平台设计研究

卫星模拟器主要是对地面测控系统遥测接收和遥控指令发送的工作状态进行检查和验证,验证地面测控系统设备正确性,提高地面测控系统对卫星故障的应急处理能力等。本文从软件系统架构高度对不同卫星各分系统模型共有属性进行抽象提炼和设计研究,提高软件架构及模块的复用性、扩展性和维护性,通信卫星模拟器通用基础平台可同时验证不同卫星对地面测试系统的任务要求,使不同卫星模拟器的建设和地面系统测试支持可以纳入一个规范化、通用化的系统框架中。     

卫星通用测控模拟器设计与实现

介绍了一种适用于不同型号、不同环境的卫星通用测控模拟器的设计实现方法和应用现状及发展前景。该设备在70MHz以下完全采用了数字化处理，可通过连接某一频段内上／下变频器实现射频通用测控模拟器。     

欧空局的多任务地面基础设施(1996-2005)

为了支持欧空局(ESA)下世纪的多项卫星任务,该局正在建设地面多任务基础设施,支持1996-2006年之间预期发射的10多种不同类型的卫星(科学、地球观测、通信、货运飞船)。 该基础设施为不同任务提供公共的地面设施,其中心设在欧洲空间操作中心(ESOC),将延伸至FSA不同的地面站。 该基础设施包括6个主要系统: ·备有相应遥测、遥控处理器,以面向目标法建造的飞行控制系统; ·配有一整套综合性软件以及相关用户接口的飞行动力学系统,用于姿态和轨道的确定及控制; ·地面站监视及控制系统; ·遥测处理系统 ·遥控编码器; ·多用跟踪系统。 本文描述了该基础设施的各个系统,它们的相互接口以及实施计划。论述了该基础设施的设计方案以及采用的基本技术,特别突出了技术及操作上的先进性,以及这种方式的成本效益。     

为使操作费用最佳化的地面部分重用

航天任务的操作费用占整个任务费用的１０￣１５％，为了使正常操作的费用最低，并尽量延长实用卫星的寿命，从而增加总任务投资的回报，探讨地面部分设计方案最佳化方法越来越重要。本文介绍了欧空局在一系列任务地面部分开发和操作方面的经验，以证明可在直接重用，采用通用部件和任务专门开发之间正确折衷，实现最小风险开发并使操作费用最佳化。     

保驾导航的地面测控系统

地面测控系统与嫦娥一号探月卫星关系紧密,它既是卫星的领航者,又是卫星的保护者,在嫦娥一号整个飞行期间,它起到了保驾导航的作用。地面测控系统负责运载火箭发射和嫦娥一号卫星整个飞行任务期间的轨道测量、遥测监视、遥控操作和飞行控制,以及嫦娥一号卫星探测应用期间的任务计划的实施与操作管理,并通过高精度的测定轨道,为地面应用系统科学探测数     

载荷操作控制中心可移植可重用软件——用于高级地面数据系统的模块

哥达德航天飞行中心的任务操作部(MOD)建造了多个供飞行操作小组监控卫星的任务操作中心。通过软件重用减少系统寿命期成本已成为MOD优先考虑的问题。MOD的可移植载荷操作控制中心(TPOCC)开发小组建立了一个庞大的数据库,由14个子系统组成,包括多个可重用通用模块的100000条已交付的源指令。 迄今,已做成9个基于对TPOCC的控制中心,负责支持11颗卫星,软件重用率平均达到75％以上。本文介绍TPOCC模块是如何开发的,以及基本模块开发者、任务操作小组和用户是如何参与开发过程的。     

卫星控制中心系统平台的高可用设计与实现

卫星控制中心是卫星地面测控管理系统的重要组成部分。随着信息技术的飞速发展和测控关键业务量的增长,高可用性、高可靠性及易维护日益成为卫星控制中心系统的设计目标。为满足卫星测控任务的需求,本文描述了卫星控制中心的网络系统、数据处理系统和数据库集群系统的高可用设计,并给出具体项目的成功实现。     

三轴稳定地球同步卫星南北保持安排策略

本文设计了一种三轴稳定地球同步卫星南北保持时间安排策略,它可较好地考虑卫星运行成本、与东西保持的耦合、受卫星星载控制以及推进系统的约束等条件,克服了一般长周期策略和短周期策略的局限性,可以降低同步卫星长期测控工作的成本,规范操作,减少运行风险。