微纳卫星光学载荷技术发展综述

阐述了微纳卫星光学载荷从单一摄像头到应用模式多样的综合系统的发展过程。调研了国外微纳卫星光学载荷的发展现状及特点,如轻小型化、紧凑化、观测任务多样化和视频成像,主要表现在低成本商业遥感应用,适于新技术演示验证、光学载荷图像产品的网络应用、商用现货(COTS)技术应用、模块化技术体系等方面。通过归纳总结得出以下启示:我国微纳卫星光学载荷发展应紧跟国际步伐,瞄准低成本商业遥感方向,建立标准化、模块化微纳卫星光学载荷技术体系;发展颠覆性技术(薄膜衍射成像和液晶可调光谱滤光片用于高光谱成像),积极探索微纳卫星光学载荷研制模式的创新。     

微纳卫星光学有效载荷的发展机遇与挑战

目前,微纳卫星已成为航天活动的热点领域之一,向着高性能、智能化、网络化方向发展,在航天创新发展中的作用越来越突出。微纳光学载荷要求具有体积小、质量轻、成本低等特点,各类新型微纳光学载荷技术不断发展,提供了新的解决方案。文章介绍了光学遥感微纳卫星的整体技术发展情况,结合低成本商业遥感等应用方向,分析了微纳卫星光学有效载荷的发展趋势和新型微纳卫星载荷发展面临的机遇与挑战,提出了微纳光学载荷的设计理念和关键技术,论证了在轨深度数据处理对微纳卫星星座的重要意义。文章为研制成本低、分辨率高和机动性能力强的微纳型遥感卫星提供技术基础,并提出了中国光学遥感微纳卫星的后续发展建议。     

暗物质粒子空间间接探测

空间间接探测是暗物质探测的重要手段。我国暗物质粒子探测卫星"悟空号"通过测量电子能谱结构、伽马射线谱线等对暗物质进行间接探测。为了满足空间实验要求,精确测量电子、核素及伽马射线的能谱结构,暗物质粒子探测卫星采用4个子探测器,从上到下分别是塑料闪烁体阵列探测器、硅微条径迹探测器、锗酸铋晶体量能器和中子探测器。它们协同工作,保证了探测效率、本底抑制能力和粒子分辨力。卫星各性能参数符合设计要求,部分指标处于世界同类探测器先进水平。根据运行前530天的数据,得到了能量高达5 TeV的电子能谱精细结构,并首次在空间发现了电子能谱在0.9 TeV的拐折行为。     

火星空间环境探测设计与实施

介绍了萤火一号(YH-1)火星探测器的轨道设计,以及火星空间磁场、电离层和粒子分布及其变化规律,火星大气离子逃逸率,火星地形、地貌和沙尘暴,火星重力场等科学目标.给出了探测器等离子体探测包、掩星接收机、磁通门磁强计、光学成像仪等有效载荷的组成、作用和性能指标.YH-1火星探测器的研制成功为我国后续深空探测活动打下了坚实的基础.     

微纳卫星发展现状及在光学成像侦察中的应用

对当前微纳卫星在空间环境感知、新技术空间演示验证、空间科学试验、通信与数据传输、对地或对空间目标进行光学成像观测等方面的主要应用形态进行了归纳总结,分析了采用微纳卫星实施光学成像侦察的优势,给出了应用实例,并提出在航天侦察应用中大力发展光学成像侦察微纳卫星的相关建议。从而为后续微纳卫星在航天光电侦察中的广泛应用提供了参考。     

低轨星载粒子探测器布局优化研究

基于卫星工具包(STK)、MATLAB软件和国际地磁参考场(IGRF)模型,对粒子探测器在低轨卫星任务中的投掷角测量范围进行了仿真,并给出了其探测器的星上布局优化方法。研究结果表明:粒子探测器的星上布局选择与任务的探测目标相关。如果探测目标是束缚在磁场中作弹跳运动的粒子,应将探测器在朝向卫星轨道坐标系±Y轴的基础上向卫星的前进方向偏转;如果探测目标是处于损失锥中的沉降粒子,应将探测器在朝向卫星轨道坐标系-Y轴的基础上向天顶方向偏转;为实现全投掷角探测范围的探测,要使用多个探测器通过构型布局优化进行联合探测。文章提出的投掷角测量范围分析与优化方法,可推广到多种轨道高度的粒子探测卫星总体设计中,为提升卫星的总体分析设计水平提供支持。     

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。     

太阳同步轨道电子探测器的多方向设计研究

为实现观测电子投掷角分布的目标,本文讨论了太阳同步轨道三轴稳定卫星电子观测的多方向设计。分析了磁层电子投掷角分布特征,并根据太阳同步轨道卫星的轨道参数,计算得到卫星运行轨迹上,三个探测器常用安装面正入射粒子的投掷角。在此基础上,进行电子探测器的探测方向设计,结果表明探测器要在任何安装面都满足投掷角观测要求,至少需要在0°、10°、20°、25°、35°、45°、70°、80°和90°共9个方向上设计探测窗口。     

微纳卫星组网电子侦察定位关键技术探讨

基于微纳卫星的电子侦察还处于起步阶段,许多问题亟需解决.讨论了微纳卫星组网电子侦察定位三个方面的若干关键技术,分别是电子侦察基本架构、载荷硬件架构和星间组网通信.在提出松耦合和紧耦合组网侦察定位架构的基础上,讨论了对地面和空中动目标的定位方法以及载荷实现相关的关键技术,给出了一种星间链路方案,提出了一种基于参数的中频数据压缩方法,可为微纳卫星电子侦察技术的发展提供一些参考.     

国外对地观测微纳卫星发展趋势分析

针对微纳卫星对地观测系统发展水平较高的美国、英国、日本、阿根廷、芬兰等国的典型微纳卫星对地观测系统,从系统的发展目标、系统构成、发展历程、目前状况,以及系统(卫星)的主要性能和技术状态等方面进行了较为全面的论述。从中可看出,微纳卫星可获取亚米级分辨率的光学和合成孔径雷达图像,使微纳卫星的技术水平大幅提高;对地观测系统微纳卫星的数量从数颗、几十颗到数百颗,组网卫星的数量多,能够高频次地获取所观测目标的信息。经比较、分析与归纳,微纳卫星对地观测系统呈现出中分辨率与高分辨率协调发展,主动观测方式与被动观测方式全面发展,军民融合式发展,以及微纳卫星对地观测系统之间的竞争更加激烈等发展趋势。     

“风云三号”D星电离层光度计

“风云三号”D星电离层光度计（IPM）是我国首次利用天基方式对电离层进行全天候定量化光学遥感观测的载荷。该载荷通过观测电离层夜/日间OI 135.6 nm气辉辐射强度、日间N₂LBH带气辉辐射强度,可以反演获取夜间电子总含量（TEC）、F2层峰值电子密度（NmF2）及日间O/N₂比等关键电离层环境信息。该载荷具备夜间高灵敏度观测的突出优势,非常适合电离层精细结构和微小变化观测,配置了夜间和日间两种工作模式,可以实现对电离层关键环境信息的全天候监测。文章主要对该电离层光度计的观测目标、观测原理、系统组成和在轨观测结果进行介绍。     

Ionospheric response to solar flares of C and M classes in January–February 2010

The ionospheric response to solar flares is analyzed for the case of the beginning of solar activity growth, when the background ionization of the ionosphere is still low enough. It is shown that the algorithms and methods of averaging variations and derivative of the total electron content (TEC) over the entire sunlit ionosphere almost always make it possible to identify the ionospheric response even to close in time weak solar flares of the C class. It is found that the response to a solar flare rather intense in the X-ray range can have almost no manifestations, which is caused by the fact that the flare does not reveal itself in the ultraviolet part of the spectrum. A map of the TEC derivative over the Japan territory with an average resolution of ～18 km is drawn for the M6.4 flare (February 7, 2010). Before the flare maximum, the TEC derivatives are synchronously increasing over the entire Japan, while after the flare maximum the values of the TEC derivative vary not so synchronously, and local differences are seen.     

星载电场探测仪的传感器空间布局研究

电场探测仪是卫星进行高精度电场探测的关键载荷,其传感器的空间布局对探测精度影响很大。文章对传感器空间布局的影响因素和分析方法进行了研究,并以轨道高度500km的太阳同步轨道卫星为例,结合卫星的实际任务运行,对虚假光电场控制、电场探测仪传感器的几何布局构型、传感器与卫星的相互遮挡和干涉关系进行了分析,并最终优化确定了传感器的空间布局。研究结果表明,优化的传感器空间布局可以在设计阶段就针对多种误差,有效地提高其探测精度。     

Planetary waves according to simultaneous observations of <Emphasis Type="Italic">GPS</Emphasis> satellites and ground-based magnetic stations

On the basis of measurements made at Japanese magnetic stations and using GPS satellites for the 12 months of 2003, a comparison of simultaneous variations of three components of the magnetic field and total electron content (TEC) was carried out in the range of the planetary waves period. The correlation analysis has shown that almost synchronous variations exist within this range of periods at the ground-based magnetometer stations and in the TEC measurements both during strong magnetic disturbances and in quiet periods. The strong magnetic disturbances could be considered as a possible independent source of ionospheric variations within the planetary waves range, while the accompanying ionospheric storms could be a possible factor changing the conductivity of the lower ionosphere plasma. In quiet periods, the correlation of magnetic variations and disturbances in TEC is caused by the direct impact of atmospheric planetary waves on the lower ionosphere and can be related to variations of ionospheric currents due to the dynamo mechanism.     

电磁环境卫星系统及在地震短临预测中的应用

论述了近地空间电磁场和电离层探测的要素及其在地磁模型、电离层模型建立等方面的应用需求,并结合地震短临预测中的具体应用分析,阐述了我国建立近地空间电磁探测系统的初步研究结果,包括电磁环境探测要素、星载探测仪器配置、卫星系统组成设想和卫星平台技术需求等。     

基于热电制冷技术的某星载相机焦面组件热设计

热电制冷(Thermo-Electric Cooling,TEC)技术是利用帕尔帖效应的一种制冷方法,它不需要任何工质,无活动部件,结构简单,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的场合.文章将TEC技术应用于某星载相机焦面组件的热设计,解决了探测器恒温控制问题.仿真分析结果表明,基于TEC技术的热设计方案在满足探测器恒温...     

基于受摄轨道模型的小卫星轨道摄动分析研究

小卫星在实际运行中受到多种摄动力的作用,这会对其轨道造成不同程度的影响,因此在小卫星的轨道设计与控制中,摄动是必须考虑的重要因素。本文以500km高的小卫星太阳同步轨道为研究对象,运用轨道摄动的基本理论,估计了地球非球形引力、大气阻力、太阳光压及第三体引力的量级并进行比较;建立小卫星轨道摄动分析模型,并在此模型的基础上,利用计算机仿真技术,对小卫星轨道摄动问题展开仿真研究,验证了几种主要摄动力的量级估计的结果,分析比较了几种主要摄动力对小卫星运行轨道的影响程度及规律,本文结果对小卫星轨道设计与控制具有很好的参考价值。     

GNSS接收机加权RAIM算法研究

针对接收机使用加权最小二乘定位算法时的故障检测与识别问题,对加权RAIM算法进行了研究。首先,给出了一种卫星权值的计算方法,指出其主要取决于卫星星历误差、电离层延迟误差和对流层延迟误差。然后,通过在构造统计量时加入权值矩阵,得到加权RAIM算法的故障检测和故障识别模型。最后,基于BDS试验数据,对比验证了传统不加权RAIM算法和加权RAIM算法的性能。试验结果表明：故障检测方面,加权RAIM算法的性能与故障卫星的权值有关,而故障识别方面,两种方法性能相同。     

六面体小微卫星散热面最优化设计

以散热面吸收外热流最小为目标函数,建立了基于六面体卫星的散热面最优化设计模型,并以某倾斜轨道六面体小微卫星为例、针对不同卫星热耗分别得出了最优化的散热面布局。计算结果表明:采用文章所述的最优化设计方法得到的散热面布局,可以有效降低由于卫星吸收外热流变化造成的整星温度的波动,可以为六面体卫星散热面的优化设计提供理论支持;进一步分析表明,不同热耗水平的卫星对应不同的最优化散热面布局。