立方体卫星电源系统技术综述

近年来,小卫星技术发展迅猛,其中微纳卫星,尤其是立方体卫星（CubeSat）,由于具有低成本、研制周期短、发射灵活等优点,成为当前发展最为迅速的航天器。     

国外中小型航天器技术发展研究

如何界定"中小型航天器",至今没有统一的标准。中国的一些卫星专家认为应将1000kg以下的卫星称为小型卫星,小于500kg的卫星统称为微小型卫星。而本期中的《国外中小型航天器技术发展研究》和《国外中小型航天器市场分析》2篇文章沿用的是国内外相关文献中的一种分类,即1200～500kg的为中型航天器,500～150kg的为小型航天器,150～10kg的为微小型航天器,10～1kg的为纳卫星,小于1kg的为皮卫星。本期的报道并不在于研究规范,而在于介绍此分类下的相关研究进展。     

微纳卫星的几种在轨发射方法

过去的几年中,低成本、微型化器件的发展促进了微纳卫星的蓬勃发展,研发和飞行的微纳卫星数量显著增加,其用途包括对地观测、技术验证、组成星座和行星际任务。然而,微纳卫星进入空间的能力相对滞后,虽然各国开展了一些研究计划,为微纳卫星提供发射机会,但仍有不少微纳卫星无法快速进入空间,得到验证。阻碍进入空间能力快速发展的原因是,微纳卫星发射不是一个有利可图的市场,降低成本是主要问题。     

通过平台载荷应用一体化技术创新实现微纳卫星精而强

近年来,随着微电子技术和信息领域的迅猛发展,国内外已相继研制发射数百颗微纳型技术试验卫星,并提出了众多微纳卫星创新应用概念,微纳卫星正面临从技术试验型向业务应用化发展的转折点。未来,基于微纳卫星大规模编队组网运行的信息获取和遥感大数据处理应用将成为卫星遥感系统技术发展的重要方向,也将成为高性能空天一体化组网监测系统的重要组成。目前,在科技部国家重点研发计划“地球观测与导航”专项支持下,航天东方红卫星有限公司牵头开展“面向遥感应用的微纳卫星平台载荷一体化技术”项目研究,联合15家单位形成“产学研用”多学科深度联合、理论研究与技术开发并重的优势组合,以推动我国微纳卫星技术快速发展,促进遥感微纳卫星技术应用。     

面向空间云时代的微纳遥感卫星技术发展

正近年来,国际上微纳卫星技术发展迅速,多家企业和研究机构推出了各种高性能微纳卫星计划,特别是在商业遥感领域如天空盒子成像公司(Skybox Imaging)的"天空卫星"(Sky Sat)系列微卫星、行星实验室公司(Planet Lab)的鸽群-1(Flock-1)系列纳卫星、卫星逻辑公司(Satellogic)的"新卫星"(Newsat)系列微纳卫星等。这些项目都计划通过星座化的运行,实现较高的时间分辨率和空间分辨率的遥感     

美国SEI公司发布全球50kg以下微纳卫星市场预测报告

2016年,美国航天工厂企业股份有限公司（SEI）发布了《微纳卫星市场预测（2016）》报告,这是该公司自2008年以来连续发布的第9版《微纳卫星市场预测》报告。报告基于该公司“卫星发射需求数据库”（LDDB）,对全球1～50kg质量范围的微纳卫星市场发展情况进行了预测。笔者把《微纳卫星市场预测（2016）》报告的主要预测数据及观点整理成文,并做了简要分析。     

基于多目标优化的微纳卫星群姿态控制

在微纳卫星群姿态控制中,要求多个卫星相互协同,能够快速达到期望的目标姿态,同时要求能耗最小.本文提出微纳卫星群姿态控制的多目标优化模型,以同时优化卫星姿态的角度误差和降低能耗2个性能指标函数.基于MATLAB用弹性约束法求解该优化问题,得到了多目标优化的帕累托前沿,并给出了其相应的卫星姿态,实现了多个微纳卫星姿态机动控制和协同控制.仿真结果表明本文运用的多目标优化方法在微纳卫星姿态机动控制和协同控制中是有效的.     

微纳卫星热状态仿真及分析

卫星热控系统通过调节星上热量收集、转移、排放的过程，从而达到控制星体温度水平和温度稳定性的目的，对卫星进行在轨热状态分析和依据分析结果进行热控措施调节与评估至关重要。针对低轨微纳卫星热状态分析的关键问题，给出了卫星在轨时刻所受空间外热流的计算方法，在此基础上，综合考虑温度影响因素和传热特点，建立了卫星外壳、辐射器、内环境和内外部单机的瞬时温度计算模型。以一低轨微纳卫星为例进行仿真计算，对结果进行了分析与讨论，为进一步深入研究卫星的热控设计提供了快速、简便的分析方法。     

参数自整定模糊PI控制在纳卫星热控系统中的应用

在功能维持不变甚至更强的条件下,卫星体积、尺寸和质量不断减小,致使在卫星内部小空间内单位时间传输大量的热,因此常规的热控技术很难满足控制要求.为使纳卫星负载温度稳定在允许范围内,亟需研发新的热控方法.在纳卫星温度系统模型基础上,将PI参数模糊自整定控制器与航天器热控技术相结合,得到纳卫星智能热控系统,以调节辐射器散热面为控制目标,并进行了仿真研究.结果表明,该控制策略响应快,适戍性和鲁棒性强,消除了稳态误差,较模糊控制和传统PI控制具有更好的动、静态特性,适用于纳卫星热控系统.     

MEMS固体微推力器阵列发展研究

固体微推力器阵列具备高精度、小冲量、高密度、可战备贮存快速组装等优点,非常适用于进行特殊任务的微/纳卫星、微/纳卫星编队飞行、快速响应卫星.简要介绍MEMS固体微推力器阵列的结构原理、特点以及应用范围,调研国内外MEMS固体微推力器阵列的发展状况.根据调研结果研究得出固体微推力器阵列的关键技术,结合国内外发展现状及相关关键技术提出今后的发展建议.     

纳卫星微槽道冷却系统在轨动态热特性分析

针对纳卫星热流密度不断升高的发展趋势,介绍了一种基于微机电技术(MEMS,Micro Electro Mechanical Systems)的泵驱动单相流微槽道冷却系统.通过合理分析与简化,应用集总参数法建立了能够反映受控对象及冷却装置动态特性的温度响应模型;运用数值方法仿真计算了某纳卫星在轨飞行中受空间外热流影响下的外部散热面和内部电子设备温度的变化规律.仿真结果表明:应用MEMS技术的微槽道冷却系统可以满足高热流密度的纳卫星热系统的冷却需求;空间外热流相对于星体内部热功率的变化,对纳卫星散热面温度的影响较小;该建模方法和求解算法对分析计算纳卫星的温度动态特性是简便、合理的,并为进一步深入研究纳卫星热控制、热管理理论与技术奠定了理论研究及工程应用基础.     

纳型卫星星座与星群最新进展

正现代小卫星分为1千克~10千克重的纳型卫星和11千克~50千克重的微型卫星两类,近10年来发展速度迅猛,特别是最近3年,每年的发射数量都在100颗以上,其中纳型卫星的发射量占主要部分,而这其中1千克~3千克和4千克~6千克重的纳型卫星又占到整个纳型卫星发射量的90%。预计到2018年小卫星的年发射量将达近400颗,到2022年将达近600颗。这意味着未来全世界航天器每年小卫星的发射量将占总发射量的一半或一半以上。     

微纳卫星一种新的发射方式——空间站释放

<正>近两年来,一种使微纳卫星进入空间的新方法——空间站释放,呈现出迅速增长的应用趋势,受到越来越多的关注。相对于常见的作为主载荷的发射方式,空间站释放可降低发射时承受的振动和冲击载荷,减小微纳卫星受损的可能性;还可以在释放前进行外观以及功能和性能检查,确认微纳卫星状态,必要时进行一定的修补。     

微纳卫星L1点Halo轨道转移轨道设计

针对地月空间探测任务的高风险、高成本,提出了利用微纳卫星完成地月空间环境监测、未知空间探索及地月空间动力学验证的方案,从而为未来建立地月空间运输系统建立良好基础。借助地月空间三体动力学和小推力轨道设计中的直接法,设计了针对微纳卫星的低能耗地月转移方案。结果表明:微纳卫星借助火箭上面级,从GEO轨道出发飞向L1点Halo轨道,所需速度增量为1.033 km/s,转移时间为40.02 d;不借助火箭上面级,所需速度增量为1.397 5 km/s,转移时间为48.7 d。     

国外高分辨率对地成像观测系统现状与发展趋势

分析了国外以光学、雷达、高光谱载荷为主的高分辨率对地成像观测系统的现状和发展趋势,旨在为我国新一代高分辨率对地观测系统提供参考。研究表明：随着微纳卫星、高性能载荷、人工智能等关键技术的快速发展和应用,国外规划的新一代对地观测系统以智能小卫星集群为主,卫星平台研究集中于高性能微纳卫星、软件定义卫星、小卫星群组;载荷研究在提高载荷时间、空间、光谱分辨率的基础上,智能化、一体化、轻小型化是未来的发展趋势。     

基于无陀螺微惯性测量单元的惯性恒星罗盘

为满足微纳航天器对姿态确定系统的体积、重量、功耗、精度等严格要求,提出用无陀螺微惯性测量单元(GFMIMU,Gyroscope-Free Micro Inertial Measurement Unit)和星敏感器组成惯性恒星罗盘(ISC,Inertial Stellar Compass)的姿态确定方案.根据无陀螺的测量原理建立了ISC的状态方程,将星敏感器的姿态测量信息作为观测量,修正GFMIMU长时间工作误差的积累.利用卡尔曼滤波器对ISC的定姿误差进行估计,并采用可观测性分析理论证明滤波器的滤波稳定性.最后,对ISC进行了系统仿真,仿真结果证明ISC可以满足微纳航天器的使用要求.      

“龙江2号”月球轨道微卫星定轨分析

微纳卫星深空探测任务中,通常所分配的测控资源有限,因此有必要对有限测控资源条件下微纳卫星的定轨精度进行分析。以微纳卫星深空探测为背景,采用"龙江2号"微卫星的轨道测量数据对其定轨精度进行了分析。"龙江2号"微卫星只有USB轨道测量数据,且环月段测控资源相对紧张,每天有两站跟踪,共约3～4 h的轨道测量数据。首先介绍了"龙江2号"微卫星飞行任务及其飞行过程中影响测定轨的因素;其次给出了定轨的动力学模型,对微卫星地月转移段的定轨精度进行了分析;最后通过分析摄动力、动量轮卸载以及数据弧段长度的影响,给出了微卫星环月阶段所使用的定轨策略,并通过重叠弧段比较的模式,给出了微卫星环月段的定轨精度。研究结论可以为后续微纳卫星深空探测任务提供有益参考。     

微纳卫星标准接口连接分离机构技术研究

微纳卫星通常是指质量小于100kg、具有实际使用功能的卫星。随着航天型号产品的日益增多,小型化、轻型化的卫星平台是未来发展的一大趋势。随着高新技术发展和需求的推动,微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短,可编队组网,以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势,在科研、国防和商用等领域发挥着重要作用。     

基于非线性模型预测滤波的微纳卫星定位方法

针对采用星载GPS(Global Position System)定位的LEO(Low Earth Orbiter)微纳卫星获得的位置速度数据不连续,而使用轨道动力学获得的连续的位置速度信息误差快速发散的问题,提出了一种基于非线性MPF(Model Predict Filter)的LEO微纳卫星定位方法,它采用非线性MPF预测的模型误差作为一步状态估计,同时使用GPS信息作为观测量,并与改进的扩展卡尔曼滤波组合,既可获得连续的卫星位置速度信息,又可获得相当于GPS单点定位的精度.仿真结果表明,此种方法可以有效地获得连续的微纳卫星位置速度信息,并且精度优于EKF(Extended Kalman Filter).      

前景广阔的轻型卫星

自从人造卫星问世以来，便基本形成这样一种理论，即多用途航天器能够节省开支。所以，自从人们掌握了建造可靠卫星的工艺技术并研制出大型的发射装置以来，多用途航天器便成为航天器发展的主流。在这一发展趋势下，各种卫星的体积、重量、复杂性以及成本都迅猛增长。但小型卫星并未就此从航天舞台上消失。最近几年，由于经费和技术等原因，许多国家又重新将目光投注到了轻型卫星上，从而掀起了一股轻型卫星的发展热潮。证明一种观点１９８５年以来，对各种卫星来说，耗资巨大和研制周期漫长已成为各种新的空间计划实施的巨大障碍。为了探求…