小卫星批量化生产之检漏技术改进

着眼于提高小卫星批量化生产的检漏工作效率,从小卫星的一般检漏流程及方法出发,分析小卫星批量化生产的特点,提出推进系统增加检漏自锁阀的设计方案,研究了采取压降法差压检漏完成总漏率测试的可行性,并对卫星批量化生产检漏进行了流程优化及方法改进。研究结果对提高小卫星批量化生产的检漏效率具有参考价值。     

精致微纳卫星设计与实践

针对传统卫星制造过程复杂,无法满足面向商业市场的微纳卫星批量化生产需求的问题,文章提出了一种"单机标准化、系统模块化、整星二度集成化"的精致微纳卫星设计理念。采用"配置精简化、结构虚拟化、功能软件化"设计方法,实现了微纳卫星"高承载、高精度、高速率、高功率"的设计,并通过"精致微纳技术试验卫星"进行了验证。针对微纳卫星传统评价方式单纯以技术指标为依据、缺乏全面性的问题,文章提出了一种面向商业市场的微纳卫星效费比评价体系,以微纳卫星质量承载比、功率承载比和通信密度比为关键因素,综合卫星制造成本,较为全面地对微纳卫星效费比进行评估,以衡量其商业市场竞争力。可为我国微纳卫星设计、制造与评价提供新的理念与方法。     

基于不确定性MDO的卫星总体优化设计研究

为了提高卫星总体设计质量,对基于不确定性多学科设计优化(UMDO)的卫星总体设计方法进行研究。首先提出了卫星总体的UMDO流程,重点对组织实现UMDO的优化过程进行了深入讨论。然后以某遥感小卫星的总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表述,采用UMDO优化过程对优化问题进行了组织与求解。优化结果表明,通过UMDO方法进行设计优化,能够在提高设计方案目标性能的同时,有效提高方案的稳健性和可靠性,验证了UMDO在卫星总体设计中快速形成稳健、可靠的优化方案的可行性和有效性。
     

一种光学遥感小卫星数传基带测试系统设计改进

随着光学遥感小卫星业务不断增长,基于刀片服务器的传统数传基带测试系统已无法满足卫星批量研制测试需求。为此,文章设计了采用机架服务器+光纤交换机的数传基带测试系统,实现小型、通用、可扩展的硬件架构,支持高效、高速的数据处理、存储和交互,与传统系统相比,体积、功耗、质量显著减小。为适应新硬件架构,将原有各数传基带测试软件进行混合并行处理和动态负载均衡设计优化,可以稳定、可靠地提供并行实时数传基带测试功能。该系统具有集成度高、通用性好、测试时效性高等特点,在多型批量化生产的光学遥感小卫星研制过程中测试应用效果良好。     

基于星务管理系统的小卫星自主健康管理系统

为了适应小卫星电子信息系统的快速发展,使卫星能够自行规划工作流程,实现在轨自主管理,需要构建合理有效的小卫星自主健康管理系统。文章以星务管理系统为基础,针对目前健康管理中存在的问题,构建了一套小卫星自主健康管理系统。它包括整星级、系统级和部件级3个层面。设计了自主健康管理执行模块构成整星级层面,其中包括自主健康管理规则库和自主健康管理任务执行模块。文章提出的小卫星自主健康管理系统,可以提高小卫星自主诊断、自主运行能力,最终实现小卫星长寿命、安全可靠运行。     

采用观测器的偏置动量小卫星姿态容错控制

针对偏置动量小卫星的自主飞行问题,提出一种基于不确定项观测器的滑模容错控制方法。应用欧拉-拉格朗日系统的干扰观测方法设计不确定项观测器,对动量轮输出力矩变小、磁力矩器线圈电阻漂移等执行器故障以及小卫星外部环境力矩等不确定项进行估计,理论推导证明该观测器的观测误差一致最终有界(UUB)。基于不确定项观测器的估计值,设计补偿控制项,并与滑模控制器的控制力矩合成实现姿态容错控制。从理论上证明该容错控制方法能够使小卫星姿态快速收敛至滑模面。该容错方法无需做小角度假设,对执行器运行状态信息依赖性低。仿真结果表明,本文建议的容错控制方法具备可行性,实现了对小卫星姿控系统中不确定项的观测估计和容错控制。     

小卫星模块化设计技术分析

小卫星具有功能密度高、研制成本低、有效载荷种类多等特点,而传统的卫星设计方法都是根据具体任务对分系统进行定制化设计,导致设计出的卫星系统各异、接口形式多样、质量大、成本高,难以实现小卫星高性能、短周期和低成本的研制目标。文章针对小卫星的发展特点,结合应用实例,对美国、德国等研发的模块化小卫星的设计方法及关键技术,包括线性堆栈式分层模块化结构设计、即插即感知软件技术、标准化飞行器总线技术等进行分析和总结,并提出了我国模块化小卫星的设计建议,其中融入了通用化接口、标准化平台与部件等设计理念。     

关于主星带伴随分布式小卫星雷达系统的姿态跟踪控制研究

波束指向同步是主星带伴随分布式小卫星雷达系统必须解决的问题之一.主星为补偿多普勒频移而进行的姿态导引会导致地面目标点相对位置漂移,针对这一现象,伴随分布式小卫星应进行姿态控制与主星协同,为保证姿态控制器在外界扰动和参数不确定情况下有效工作,分别设计了自适应姿态机动控制律和姿态跟踪控制律.仿真结果表明,姿态控制器可以有效实现姿态机动和跟踪,控制精度能够满足波束指向同步的要求.     

国产光学卫星影像几何精度研究

受卫星设计和关键硬件制造水平的限制,我国高分辨率光学卫星影像的自主几何定位精度与国际先进水平仍有一定差距。针对在轨的国产光学卫星的影像几何精度问题,文章从误差源分析入手,提出了国产光学卫星影像几何精度提升理论和方法,通过在卫星数据处理过程中自动检测、消除包括设备安装,姿态、轨道测量,相机畸变,时间同步等多种误差,提高了卫星影像的几何精度;并对高分辨率卫星数据的几何精度提升状况进行了验证。结果表明:经过所提出的几何精度提升方法处理后,国产卫星的带控制点影像几何定位精度均可达到1.5像素,显著优于原设计指标。     

小卫星数传基带数据处理通用集成平台设计

以传统小卫星数传分系统中对有效载荷数据进行处理的基带数据处理设备及系统管理控制单元为基础,采用高速串行数据线、高集成模块化数字电路、高速大容量存储模块集成、机电协同设计等技术,设计了一种数传基带数据处理通用集成平台。与传统小卫星数传分系统同功能设备与线缆设计相比,体积减小约82%,质量减少约75%,功耗降低约50%,能满足小卫星体积和质量小、功耗低的需求。此外,数据流优化设计可使固态存储利用率提升14.3%。文章提出的通用集成平台设计可为小卫星数传分系统的集成设计提供参考。     

小卫星技术发展和应用前景——兼谈卫星设计思想演变

小卫星问世至今已有20年。文章简要总结了小卫星技术的历史发展概况,论述小卫星各种分类方法和小卫星所具有的优势,以及由于小卫星出现,引起卫星设计思想的演变。最后讨论小卫星应用的三大领域。     

小卫星从母星释放过程的GPS卫星可见性分析

针对小卫星的一种安装、在轨二次发射方式,通过分析小卫星从母星释放过程中的GPS星座可用性,研究了小卫星的弹出旋转式在轨二次发射的可行性问题。首先,分析了小卫星对单颗GPS卫星可见的数学条件,然后导出了小卫星在二次发射从母星释放过程的三个不同阶段中对单颗GPS卫星可见的数学描述,最后研究了整个过程的GPS星座可用性,提出了一种保证释放过程中GPS星座可用的弹出时刻选取方法,并完成了数值计算验证。本文提出的选取方法,能够保证释放过程中GPS星座可用,避免释放过程中小卫星与母星发生意外碰撞的可能,从而证明了这种弹出旋转式在轨二次发射方式具有可行性。这一结论对我国小卫星在轨二次发射应用有参考价值。     

中国现代小卫星发展成就与展望

结合中国空间技术研究院(CAST)小卫星的研制历程,总结了中国现代小卫星发展成就,分析了现代小卫星技术特点及其应用情况,并提出了中国小卫星健康发展面临的机遇与挑战。以"快、好、省"为指导,以多用途为目标,按照柔性设计、性能滚动提升、低配置/高可靠、产品化等思路,中国空间技术研究院先后建立了CAST968、CAST2000、CAST100、CAST3000等小卫星平台,至2018年10月,已累计发射现代小卫星95颗,在科学与技术试验、遥感、通信等领域得到广泛应用,引领了中国现代小卫星技术的发展。     

星载柔性圆极化薄膜天线

近年来商业卫星产业发展迅速,从卫星物联网星座到高精度SAR成像,商业卫星的应用领域也越发丰富。区别于传统的大卫星,商业卫星主要集中在微纳、皮纳等卫星领域,最常见的为1U、3U、6U和12U等立方星。卫星平台的尺寸与载荷通信能力密切相关,微纳、皮纳等卫星平台由于尺寸较小,导致载荷通信能力严重不足。如何提升小卫星平台的通信能力,成为了商业卫星亟待解决的关键技术问题。薄膜天线具备可收纳展开特性,能够广泛应用于各种小卫星平台,在发射入轨前通过合理的收纳方式,收拢在小卫星平台尺寸内;在轨后,通过展开装置释放,形成较大辐射口径,有效提升卫星通信能力。由于薄膜厚度小（约0.1 mm左右）,Q值很高,限制了天线的带宽特性,也不便于实现圆极化辐射特性。以柔性薄膜（厚度约0.1 mm）为基础,以常规微带贴片为单元,通过旋转布阵以及多次顺序旋转馈电使该薄膜天线具备较好的圆极化、宽带特性,天线阵面规模为16×8,天线驻波（VSWR≤2.0）和轴比（AR≤3.0 dB）带宽可分别达到约10%和4%,法向最大增益可达24 dB,显著提升了薄膜天线的工作带宽和辐射特性。     

轻小型SAR卫星平飞模式设计

对于轻小型合成孔径雷达(SAR)卫星在轨使用时对重点区域多目标观测效能提升的需求,提出轻小型SAR卫星平飞模式设计方法。介绍了卫星平飞模式设计方法,提出载荷平面相控阵天线距离维大角度扫描能力设计;针对区域多目标,提出条件触发方式目标决策策略,以及星上雷达工作参数计算策略;基于建立的目标决策和任务规划模型,分别针对卫星左侧视、在侧视、平飞、左右机动侧视等4种工作模式下进行多目标观测效能评估仿真分析。结果表明:相比于卫星斜飞模式下,平飞模式目标观测效能可提升至41%;相比于卫星左右机动侧视模式下,平飞模式目标观测效能可提升至73%。因此,设计的卫星平飞模式可有效提升面向区域多目标的观测效能。     

基于有效比冲的小卫星冷气推进系统设计

提出了面向目标任务的小卫星冷气推进系统设计方法。应用有效比冲 作为小卫星推进系统的评价指标,将贮箱质量引入到常用冷气推进剂选择标准中,建立了面 向目标任务的冷气推进方案设计方法;推导了冷气微推力器的一般设计流程;最后,对某目 标任务,设计了推力为20mN的氮气推进系统。
     

一种卫星高承载布局设计方法

卫星有效载荷承载能力是卫星平台的核心能力之一,目前集成度、空间利用率和散热效率较低的布局设计制约了卫星承载能力的提升。针对这一问题,文章在分析高承载布局设计原则的基础上,提出了一种卫星高承载布局设计方法,从提高集成度、空间利用率和散热效率三个方面进行优化。经北斗三号卫星导航系统地球静止轨道(GEO)卫星应用验证,结果表明:卫星有效载荷承载能力大幅提高。可以为我国现有及新一代卫星平台布局设计提供参考。     

小卫星新一代CAN FD总线应用技术研究

针对现有小卫星CAN总线通信能力无法满足大规模星载软件在轨重构需求,文章在剖析高传输速率灵活可变数据率控制局域网络(CAN FD)总线技术特点后,提出了适用于小卫星软件在轨重构的新一代CAN FD总线技术应用方法,设计了卫星数据模型(SDM)、总线动态数据实时管理协议,进行了小卫星CAN FD总线架构设计,以及基于小卫星即插即用技术、静动态信息融合的CAN FD总线时序设计,解决了传统CAN总线协议无法适用于小卫星即插即用、高传输速率下总线通信时间占用率过高的瓶颈问题;通过设计CAN FD总线节点,对星载星务主机与下位机之间CAN FD总线通信进行了测试验证,结果表明:CAN FD总线通信协议很好地支持节点的即插即用,通信速率可以达到5 Mbit/s,满足小卫星星载软件的重构需求,可为后续小卫星工程应用提供参考。     

编队飞行卫星的自适应姿态协同控制

研究了双星编队飞行系统的姿态控制问题.在卫星转动惯量参数不确定下,给出两种编队飞行卫星的自适应姿态协同控制算法.第二种自适应协同控制算法,在实现对转动惯量参数的实时辨识的同时,还能够解决控制输入饱和问题.通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的.     

卫星总体可靠性安全性设计审查

为了确保卫星及其产品不带问题出厂、不带隐患上天,进行系统、全面的卫星可靠性安全性设计专项审查,从卫星总体层面去把握卫星各系统和单机的安全性、可靠性,找出影响卫星安全性和可靠性的问题和薄弱环节,并及时采取有效措施加以改造,对于卫星研制是十分必要和有效的手段。文章基于如何立足卫星总体层面进行可靠性、安全性设计审查提出了一套具体的思路及方法。