中继卫星系统支持中/低轨航天器飞行测控任务技术研究

随着中继测控终端小型化和高增益、宽波束天线技术的发展, 特别是中国后续 中继卫星将具备S频段多址服务能力, 使得依靠中继卫星系统实现航天器飞行 测控和所有在轨卫星的日常管理成为可能. 通过分析中继测控支持中/低轨 道卫星在轨测控的能力、优势和基于中继测控实现卫星发射弹道优化策略, 提出了定向天线中继终端应急测控方法. 研究结果表明, 中继卫星系统能够为航天器飞行任务从发射、入轨到在轨管理提供测控服务, 特别是基于多址 服务能力的中继卫星系统从数量上完全满足中国在轨卫星的测控需求, 测控效率和应急能力将得到明显提升.      

“国际空间站”飞行控制及测控通信支持分析

1998年11月,随着“国际空间站”（ISS）曙光号（Zarya）多功能舱的发射,休斯敦和莫斯科的“国际空间站”飞控人员和工程保障队开始联合行动,实施对“国际空间站”的飞行控制和测控通信支持。此后,“国际空间站”不断发展,参与的国家和组织逐渐增多,其飞行控制和测控通信基础设施也逐渐发展成为分属多个国家和组织、遍布世界各地的地基设施和天基设施组成的系统,支持多种接口协议和标准。本文介绍支持“国际空间站”飞行控制与测控通信的主要地基设施（7个控制中心和2个地面通信网）和天基设施（4个数据中继卫星系统）,并在分析“国际空间站”飞行控制与测控通信支持能力现状的基础上,展望其未来的发展趋势。     

伞降测控终端 精确控制火箭助推器落点

正新闻:10月15日12时23分,长征三号乙/远征一号运载火箭成功执行"一箭双星"发射任务,将两颗北斗全球导航卫星发射升空。同时,火箭还搭载了助推器伞降测控终端,以期完成助推器伞降落区控制技术研究第一阶段试验任务。     

中继卫星支持海量航天器在轨测控技术

目前中低轨的卫星在轨测控主要基于地面测控设备,当管理的在轨卫星数量持续增加时,需要不断地建设新的测控站或增加测控设备,同时由于地球遮挡限制,一个地面测控站的测控范围只占一颗卫星运行弧段的很小部分,集中在国内建设的地面测控站无法解决轨道全弧段覆盖难题。地球静止中继卫星系统的高覆盖特性和多址服务能力为近地卫星在轨测控提供了空间和频域的多重复用能力,文章从中继链路性能、多目标服务项目、多目标服务能力、覆盖特性等方面进行了详细分析,结果表明在现有的管理模式下,3颗具有多址能力的中继卫星就能管理中国目前在轨的和今后一段时间发射的所有近地卫星,这将显著降低在轨卫星对地面测控设备的需求。同时,中继多址测控服务模式可以克服现有在轨卫星管理时间域集中和应急能力差的缺陷,为卫星用户提供更多的服务手段,满足不同在轨卫星管理和使用要求,大幅提升在轨卫星的安全性和使用效率。     

国内动态

<正>长二丙/远征一号S火箭成功发射卫星互联网技术试验卫星7月9日19时0分,长征二号丙/远征一号S运载火箭在酒泉卫星发射中心成功将卫星互联网技术试验卫星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。与以往相比,此次任务远征一号S上面级采用新型曲面栅格过渡段,该部段减重35%,提升了火箭运载能力。测量系统首次采用天地基一体化测控模式,可自由切换天基与地基测控时间,具备全程无盲区测控能力,任务适应性得到极大提升。     

测控应用：运筹帷幄 决胜千里

正航天器一般包括导弹、运载火箭、人造地球卫星、载人飞船、深空探测器等类型。测控系统对各类航天器进行跟踪、测量和控制,是导弹试验、火箭发射、卫星运行和载人航天等不可缺少的组成部分。不同航天器根据飞行距离和运行轨道的不同,对航天测控要求也不同。航天测控系统总体可分为两类,一是专为导弹试验和运载火箭发射提供服务,又称"靶场测控系统";二是为卫星、     

“快舟一号甲”：首次实现卫星与火箭之间数据传输

<正>新闻:8月31日7时41分,快舟一号甲运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空,成功将两颗卫星送入预定轨道,并首次实现卫星与火箭之间数据传输。星箭分离后,火箭末级使用天基测控中继链路,为卫星提供了短时间的遥测服务。解读:由中国航天科工集团有限公司研制的快舟一号甲固体运载火箭,是一型主要为300千克级低轨小卫星提供发射服务的通用型火箭。它是目前国内最快发射纪录保持者,其履约周期为4到6个月,进发射中心7天内     

世界中继卫星家庭又添新成员 中国首颗中继卫星入轨

2008年4月25日,中国首颗跟踪与数据中继卫星(简称中继卫星)天链-1的01星,在西昌卫星发射中心由首枚长征一3C火箭成功发射.这是2008年中国的首次航天发射,也是"长征"系列运载火箭的第105次飞行.经过4次变轨,天链-1卫星于5月1日成功定点于77°E赤道上空,这标志着中国航天器首座天基数据"中转站"正式建成.它不仅可以使中国航天测控网覆盖率大幅提升,同时还能增强航天器测控及星地数据传输的实时性.这对未来降低航天器的运行风险、提高地面测控指挥的效率,尤其是在航天器出现异常情况下及时实施故障分析和太空抢救具有重要意义.     

“放风筝”的院士

古城西安东郊,浐河岸边,与西安半坡遗址博物馆遥遥相对的地方,有一组规模宏大的现代化建筑群,那就是赫赫有名的中国西安卫星测控中心。 飞行中的运载火箭,需要地面测控系统对它进行连续跟踪测量,这样才能判断出火箭飞行是否正常、卫星有没有准确入轨。在太空运行的航天器,从进入轨道到寿命结束的全过程,都需要地面测控系统对它实施跟踪、测量和控制,以保证它正常工作,发挥作用。通俗地讲,卫星测控就像“放风筝”。既要让卫星按预定的轨道飞,又不能让它断了线,失去联系。     

低轨航天器天基测控方法研究

我国的航天器测控主要依赖地基测控系统实施,随着民用和军用需求的不断增加,太空运行的低轨航天器数量越来越多.仅依赖地基测控系统满足这些航天器的测控需求越来越困难,费用也越来越高.探索新的、有效且经济的测控模式势在必行.天基测控技术是航天器测控发展的方向,研究和应用天基测控技术具有重要的实用价值,可以解决困扰我国航天领域多年的测控资源紧张问题.在分析美国NASA数据与中继卫星系统相关技术的基础上,提出了我国低轨航天器天地基测控模式,讨论了该模式的运行原理,设计了该模式的仿真系统,分析了应用该模式需解决的关键技术问题,通过基于设计的仿真系统对提出的测控模式进行了验证.验证结果表明了提出的天地基测控模式可行,可以满足低轨航天器的测控需求.      

地月空间信息网络链路分配算法研究

在设计拓扑时,如何分配每颗卫星上有限的通信终端建立通信链路,构建一个性能良好的网络拓扑,成为了一个重要的研究问题。以平均月球中继卫星到地面站路径距离最小为优化目标,以卫星携带的通信终端数目、月球中继卫星与地面站的连通性为约束条件,提出了基于竞争决策思想的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Competitive Decision, LAA-CD)和基于模拟退火法的链路分配算法(Link Assignment Algorithm based on Simulated Annealing,LAA-SA),并与贪婪算法进行对比。仿真结果表明,LAA-CD和LAA-SA算法下所得拓扑的平均月球中继卫星到地面站距离均小于贪婪算法,且LAA-CD算法能够有效降低算法的时间复杂度。进一步对比了两种星座,发现相比拉格朗日轨道卫星星座,在月球极轨道卫星星座下所得拓扑具有更小的平均距离,为空间信息网络分配提供技术支撑。     

基于BM3803的1553B总线通信软件设计

在某卫星地面检测设备中使用BM3803处理器来模拟卫星中的总线控制端对远程终端进行检测,构建了比传统的Windows+1553B_PCI板卡方案实时性更强的卫星数据仿真平台。首先向BM3803移植了实时操作系统μC/OS II,设计了适用于BM3803的板级支持包,保证了软件的可在轨更新和任务的实时性,确定了用户任务与硬件高度分离的软件结构。在设计μC/OS II的用户任务时,充分利用BM3803和B61580的校验功能,提高了软件的可靠性。最后令本设计和Windows+1553B_PCI板卡方案完成相同的用户任务,对比可得本设计有更好的实时性,可满足卫星高层通信协议对实时性的要求。     

“嫦娥4号”中继星任务分析与系统设计

作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,中继星将为着陆器和巡视器提供中继通信支持。不同于其它月球探测器,中继星首次选择了绕地月L2平动点运行的晕(Halo)轨道以保证对月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,面临诸多技术挑战。在对中继星任务特点进行分析的基础上,梳理了研制中的技术难题,包括使命轨道的选择、使命轨道的到达和长期维持、中继通信体制选择等,并提出了解决方案。中继星的总体设计方案概述也在文中给出。     

“嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计

介绍了"嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计方案。着陆区初步选定为月球背面南极–艾特肯(South PoleAitken,SPA)盆地内的冯·卡门(Von Kármán)撞击坑内。采用中继星实现着陆器和巡视器的对地通信,并选择环绕地月拉格朗日L2点的halo轨道作为其使命轨道。采用CZ-4C火箭和CZ-3B火箭,分别完成中继星和着陆器–巡视器组合体的发射。两器一星上共配置了6台国内研制科学载荷和3台国际合作科学载荷,开展以低频射电天文观测、巡视区形貌、矿物组份及浅层结构为主的科学探测。此外,还搭载了2颗月球轨道编队飞行微卫星、月面微型生态圈和大孔径激光角反射镜,分别开展超长波天文干涉测量试验、月面生态系统试验和超过地月距离的激光测距试验。通过创新设计顶层任务,充分继承成熟技术和产品,增加中继通信功能模块,开放资源引入高性能载荷和搭载项目,将实现一次低成本、短周期、大开放、高效益的月球探测任务。     

月球中继通信卫星系统发展综述与展望

中继通信是一些月球探测任务中必须解决的关键问题,特别是月球背面和两极地区的着陆和巡视探测任务以及载人登月任务。对国内外月球中继通信卫星的研究和发展情况进行了综述,在对月球中继通信任务需求分析的基础上,从中继通信体制选择、轨道选择等方面对月球中继通信任务的实现途径进行了分析,并对月球中继通信技术的未来发展进行了展望。     

“嫦娥4号”中继星中继通信方案研究与分析

中继通信系统是"嫦娥4号"中继星的主载荷和完成任务的关键,须采用合理可行的技术方案,对"嫦娥4号"中继星中继通信系统的方案进行了研究和分析,并给出了设计难点和解决方案,通过Matlab进行了仿真验证,仿真结果表明:提出的解决方案能满足中继星通信要求。     

“嫦娥4号”中继星应急轨道控制策略设计与分析

"嫦娥4号"中继星作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,不同于其它月球探测器,首次选择绕地月L2平动点运行的Halo轨道以保证为月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,这面临诸多技术挑战。基于任务需求和工程约束,梳理了中继星全寿命与轨道控制相关的故障类型,制定了多级应急控制目标,给出了分阶段应急轨道控制方案,提出将Lissajous轨道作为应急备选使命轨道,分析了推进剂消耗、中继测控条件和可行性,研究成果直接应用于中继星任务工程实践。     

基于ORBCOMM卫星机会信号的定位技术

为摆脱对全球导航卫星系统（GNSS）的依赖，克服其有意或无意干扰情况下无法工作等问题，可采用机会信号（SOP）实现定位，低轨卫星机会信号具备信号功率高、覆盖性广及无需增建基础设施等优点。提出了利用轨道通信卫星（ORBCOMM）系统实现天基机会信号定位。通过对ORBCOMM卫星机会信号的通信体制进行深入研究，实现了利用ORBCOMM卫星机会信号获取多普勒测量信息，建立了瞬时多普勒定位及其几何精度因子的数学模型，并采用卫星TLE数据结合轨道预测模型获得的卫星轨道信息实现ORBCOMM卫星机会信号定位。实测结果表明:利用ORBCOMM卫星机会信号可实现精度优于140 m的定位。研究成果对基于天基机会信号定位技术的理论研究及应用具有重要意义。      

最小数据丢失量的地月中继卫星任务调度研究

月球背面的探测器必须依靠地月中继卫星进行数据传输与通信。地月中继任务包括实时性任务和延迟容忍类任务,如数传任务。当探测器等待传输的数据量超出用户存储容量时,延迟容忍类任务会由于探测器本地存储资源不足和地月中继卫星天线资源受限而无法完成,导致任务数据丢失,所以需要设计一种合理的地月中继任务调度策略,提高地月中继卫星的资源利用率,减少数据的丢失。对地月中继卫星任务调度进行了研究,在分析地月中继卫星数传任务的特点及用户的存储限制的基础上,以最小化数据丢失量为优化目标,建立了地月中继卫星任务调度模型,并设计了一种基于离散烟花算法（DFWA）的地月中继卫星任务调度算法。仿真数据分析表明,基于离散烟花算法的地月中继卫星任务调度算法在求解结果上优于遗传算法,是一种合理、有效的调度方法。