太阳同步轨道卫星的太阳帆板驱动规律研究

研究一类斜飞斜装特殊的太阳同步轨道卫星。首先确定太阳帆板的开始驱动时刻,并给出地球阴影区的计算方法,然后根据不同情况分析太阳帆板的过程驱动规律,并提出基于MATLAB／Simulink／RTW软件的数值设计方法,最后以某卫星为例,说明太阳帆板驱动规律的设计过程,并得到满足工程需要的结果,验证该设计方法的准确性和可行性。     

基于视觉测量的太阳翼模态参数在轨辨识

针对传统接触式振动测量方法的缺点,提出一种基于视觉测量的太阳翼模态参数在轨辨识方法.具体过程包括相机标定、标志点检测、三维坐标解算和模态辨识等.利用两台相机和一台计算机构成的双目立体视觉测量系统进行了地面试验,测量得到了太阳翼测点处的振动位移响应,然后采用ERA算法辨识出了真实太阳翼的两阶主要模态参数.通过与激光测振仪测量结果进行比较,验证了上述方案的有效性.实验表明,视觉测量方法设备简单,灵活性高,是一种理想的在轨振动测量方法.     

基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法

传统的仿真系统一般采用Matlab/Simulink进行建模,Simulink模型可以在仿真环境下模拟真实环境下的系统架构和动态数据交互,也可以动态模拟真实目标机的运行。在Simulink建模体系对目标机系统的仿真中,其自身的时钟步长和数据流处理逻辑,可能与真实物理环境要求的系统有一定的出入,不能完全模拟目标机的内部ALU逻辑和真实外围设备工作行为,从而造成一定程度的失真,影响仿真效果。提出了基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法,包含虚拟目标机能够实现对真实物理目标机运行功能的完全模拟,结合协同仿真组件和Simulink模型对各个子系统单元的动态建模仿真,全面验证软件的功能,增加了卫星控制软件的可靠性和安全性。     

太阳同步轨道真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽方法研究

空间辐射环境是导致光电倍增管性能衰变甚至失效的主要原因, 由于空间辐射环境的复杂性以及飞行器在空间活动的轨道、设计寿命和光电倍增管的类型不同, 光电倍增管需要的抗辐射屏蔽要求不同. 以太阳同步轨道高能粒子辐射环境为例, 对真空紫外光电倍增管进行了辐射屏蔽的Monte-Carlo计算, 在此基础上提出了运行于该轨道上的真空紫外光电倍增管的高能粒子屏蔽优化组合. 模拟计算表明, 采用Al-W-Al三层结构的屏蔽组合形式, 其中Al层厚2mm, W厚 0.5mm,可将辐射剂量从原本的9.98× 10⁶rad (Si)降低到 8.41× 10²rad (Si), 能较好地满足实际使用要求.     

太阳帆飞行器轨道动力学分析

通过分析对轨道要素影响最大的加速度分量,使太阳帆总是位于光压力沿这个加速度方向的分量最大的方位。通过分析轨道要素调整时的相互影响关系,提出了同时修正多种轨道偏差的控制方案。对处于地球静止轨道上太阳帆飞行器的轨道调整进行了数值仿真。结果证明利用太阳光压力进行轨道调整是可行的,而且有利的太阳方位是进行快速有效的轨道调整的必要条件。     

基于太阳敏感器的静止轨道卫星轨道估计方法研究

为解决目前通过星上配置敏感器进行地球同步轨道卫星自主轨道估计的问题,利用太阳敏感器和红外地球敏感器的测量信息进行轨道估计．根据地球静止轨道的特点,结合Hill方程,利用太阳敏感器和红外地球敏感器的测量信息以及轨道的摄动特性,建立导航系统的状态方程和测量方程．数学仿真结果表明,该方法可以较准确地估计出卫星的经度漂移,是一种可行的地球同步轨道卫星自主导航方法．     

日心悬浮轨道混合推进航天器编队构型保持研究

针对混合推进航天器编队日心悬浮轨道保持控制问题进行了研究.首先推导出在日心悬浮轨道附近的航天器编队相对运动方程,考虑到航天器间距离变化值较小且航天器间距离与航天器到太阳的距离的比值为小量,将其在悬浮轨道附近线性化.基于该线性化方程,设计了一种LQR编队控制方式,该控制方式可通过调节太阳帆的姿态及航天器间库仑力的大小对编队构型进行改变或保持,具有响应速度快和控制简单的特点.最后对控制律进行数值仿真,表明该控制方法能实现编队.     

太阳同步轨道卫星电源系统设计计算方法研究

给出了太阳同步轨道卫星电源系统的两种基本结构框架 ;分析了这两种结构的电源系统的设计计算方法 ;推导出了基于单圈能量平衡和多圈能量平衡的计算公式。以一个算例验证了该算法 ,并计算出所需太阳电池阵的面积和蓄电池组的容量 ,最后进行了能量平衡分析 ,得到了单圈或多圈能量平衡的结果。     

考虑太阳摄动的小行星附近轨道动力学

本文研究了艳后星(216 Kleopatra)和爱神星(433 Eros)附近的周期轨道,在考虑太阳引力摄动的情况下,发现了以往所遗漏的216 Kleopatra轨道族和环绕433 Eros的12族周期轨道,并且给出了它们的特性。研究结果表明,太阳引力对小行星平衡点位置的影响很小,但是对平衡点上航天器运动的影响较大。同族不稳定轨道中,大Jacobi常数轨道更容易在摄动后保持轨道原来特性,这很好地解释了小行星卫星在较远轨道上长期存在的可能性。     

太阳电池阵极月轨道在轨热分析

以极月轨道上太阳电池阵作为研究对象,详细分析了该轨道上电池阵所得各外热流的确定方法.以此为基础,对太阳电池阵进行在轨温度数值模拟,得到月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布.计算结果与地球卫星的相应数据进行比较,明确了月球轨道上电池阵所得外热流以及温度的周期分布特点,为月球卫星上太阳电池阵以及整个卫星的设计提供了有利的数据参考.     

地球同步转移轨道数字式太阳敏感器视场局部修正

在地球同步转移轨道远地点点火期间,星敏可能无法正常工作,提出了数太视场局部修正方法。在星上计算能力充裕、卫星平台稳定的巡航对日模式下,星敏可正常工作,通过规划卫星姿态机动,使太阳在数太视场内的运行轨迹形成一个局部封闭区域,且这个区域需包含远地点点火期间太阳运行路径,地面通过遥测获取姿态机动期间数太和星敏数据,并以星敏数据为基准,采用二维平面拟合的方式完成对数太视场的局部修正。数学仿真结果显示,修正区域内数太测量误差比修正前小1个数量级,证明了该方法的有效性。     

异面构型太阳能电池阵展开轨迹优化

简要介绍异面构型太阳能电池阵的构型及其展开过程.由于动力学耦合作用的存在,异面构型太阳能电池阵的展开运动会对飞行器的姿态产生影响,根据对系统角动量守恒方程的分析,采用余弦函数参数化关节角的运动轨迹,以太阳能电池阵运动前后航天器的姿态变化量为优化目标,通过遗传算法进行参数的寻优,最终得到一条对航天器姿态影响相对较小的太阳能电池阵的展开运动轨迹.给出一种异面构型太阳能电池阵机构,通过对其展开过程进行仿真分析,证明了所提方法的有效性.     

Overview of the Solar Polar Orbit Telescope Project for Space Weather Mission

The Solar Polar ORbit Telescope (SPORT) project for space weather mission has been under intensive scientific and engineering background studies since it was incorporated into the Chinese Space Science Strategic Pioneer Project in 2011.SPORT is designed to carry a suite of remote-sensing and in-situ instruments to observe Coronal Mass Ejections (CMEs),energetic particles,solar high-latitude magnetism,and the fast solar wind from a polar orbit around the Sun. The first extended view of the polar regions of the Sun and the ecliptic enabled by SPORT will provide a unique opportunity to study CME propagation through the inner heliosphere,and the solar high-latitude magnetism giving rise to eruptions and the fast solar wind.Coordinated observations between SPORT and other spaceborne/ground-based facilities within the International Living With a Star (ILWS) framework can significantly enhance scientific output.SPORT is now competing for official selection and implementation during China's 13th Five-Year Plan period of 2016-2020.     

极月轨道上太阳电池阵外热流规律分析

准确的月球表面温度分布模型对于开展月球探测具有重要意义. 目前有关月球表面温 度模型还缺乏对完整月球表面温度分布的计算方法研究. 本文建立了一套计算完整月球表面温度的方法, 其中月球阳面温度采用Racca模型直接计算得到; 对于月球阴面, 将其沿纬度方向划分为若干区域, 每个区域的地表土壤采用一维非稳态热传导模型, 根据嫦娥三号着陆器太阳电池阵在轨环月阶段的温度数据, 修正得到月球表面土壤导热系数、密度及比热容, 通过数值计算求解一维非稳态热传导方程, 得出任意时刻月球阴面表面温度随时间的变化. 嫦娥三号着陆器太阳电池阵环月阶段热分析结果与在轨温度符合较好, 初步说明本文建立的完整月球表面温度计算方法正确可行. 基于本文方法计算得到整个月球表面温度分布, 进一步研究了极月轨道太阳电池阵外热流变化规律.     

姿态角幅值约束下的太阳帆Lissajous轨道保持控制

太阳帆航天器以两姿态角作为轨道控制输入时, 其轨道动力学方程具有非仿射非线性特性. 通过人工平动点处线性化获得的线性系统可完成太阳帆航天器轨道保持控制器的分析与设计. 由于线性近似模型为有误差模型, 存在近似有效范围约束, 表现为轨道高度约束和姿态角幅值约束. 本文研究了姿态角幅值约束对线性近似模型有效性的影响, 通过计算给出满足近似误差要求的姿态角幅值约束. 当控制输入存在幅值约束时, 控制器轨道修正能力受到束缚. 通过研究姿态角幅值约束下的最大允许入轨误差, 设计了最大允许入轨误差下线性二次型调节器(LQR)用于轨道保持控制, 并将控制器应用于太阳帆日地三体系统非线性模型中, 实现了日地人工L₁点Lissajous轨道最大允许入轨误差的控制收敛和良好精度下的轨道保持控制.     

Solar wind origins in coronal holes and in the quiet Sun

Coronal hole (CH) and the quiet Sun (QS) are considered to account for sources of fast and slow solar wind streams, respectively. The differences between the solar wind streams flowing out from the CH and the QS are thought to be related with different plasma generation and acceleration mechanisms in the respective source regions. Here we review recent studies on the solar wind origin in the CH and the QS, compare the possible flow geometries and magnetic structures in these two kinds of solar regions, and summarize the physics associated with two different origin scenarios.     

Solar ring mission: Building a panorama of the Sun and inner-heliosphere

Solar Ring (SOR) is a proposed space science mission to monitor and study the Sun and inner heliosphere from a full 360° perspective in the ecliptic plane. It will deploy-three 120°-separated spacecraft on the 1-AU orbit. The first spacecraft, S1, locates 30° upstream of the Earth, the second, S2, 90° downstream, and the third, S3, completes the configuration. This design with necessary science instruments, e.g., the Doppler-velocity and vector magnetic field imager, wide-angle coronagraph, and in-situ instruments, will allow us to establish many unprecedented capabilities: (1) provide simultaneous Doppler-velocity observations of the whole solar surface to understand the deep interior, (2) provide vector magnetograms of the whole photosphere — the inner boundary of the solar atmosphere and heliosphere, (3) provide the information of the whole lifetime evolution of solar featured structures, and (4) provide the whole view of solar transients and space weather in the inner heliosphere. With these capabilities, Solar Ring mission aims to address outstanding questions about the origin of solar cycle, the origin of solar eruptions and the origin of extreme space weather events. The successful accomplishment of the mission will construct a panorama of the Sun and inner-heliosphere, and therefore advance our understanding of the star and the space environment that holds our life.     

倾斜轨道小卫星太阳高度角分析与机动方案设计

针对倾斜轨道小卫星必然会面对的光学姿态敏感器受阳光干扰的问题,分析太阳高度角的变化规律,提出了计算太阳高度角的经验公式,并在此基础上提出了平台偏航姿态机动方案,可以使光学姿态敏感器规避阳光干扰,并可以简化整星热控和帆板驱动设计,提高了整星的可靠性.     

Solar sail near the Sun: Point-like and extended models of radiation source

Some modifications of solar sail radiation pressure forces on a plate and on a sphere for use in the numerical simulation of ‘local-optimal’ (or ‘instantaneously optimal’) trajectories of a spacecraft with a solar sail are suggested. The force model development is chronologically reviewed, including its connection with solar sail surface reflective and thermal properties. The sail surface is considered as partly absorbing, partly reflective (specular and diffuse), partly transparent. Thermal balance is specified because the spacecraft moves from circular Earth orbit to near-Sun regions and thermal limitations on the sail film are taken into account. A spherical sail-balloon can be used in near-Sun regions for scientific research beginning with the solar-synchronous orbit and moving outward from the Sun. The Sun is considered not only as a point-like source of radiation but also as an extended source of radiation which is assumed to be consequently as a point-like source of radiation, a uniformly bright flat solar disc and uniformly bright solar sphere.     

太阳爆发抵近探测——“触碰计划”

本文旨在介绍一项具有重大科学意义和应用价值的深空探测任务构想.该任务将对驱动恒星大尺度爆发过程的中心结构(即磁重联电流片)进行抵近(原位)探测,主要目的是详细研究发生在离地球最近的恒星—太阳上的大尺度磁重联过程的精细物理特征,揭示太阳系中最为剧烈的能量释放过程(即太阳爆发或太阳风暴)的奥秘.该任务的科学目标:磁重联过程...