星座与人生

这一期我们来谈一谈宝瓶座(水瓶座)。宝瓶座位于摩羯座的东北方,是一小串丫字型宽阔的、模糊不清的星座,必须在无光害的地方才能看得到。在这个星座中,诞生了无数科学家,我们今天只挑几位来和大家见面。     

星座与人生

说起星座,大家都知道是天上的一组组星星。因为天上的星星实在太多了,古时候人们为了容易辨认,就把它们编成了组,这就是星座,也叫星宿。那么人生星座又是怎么一回事呢?     

星座与人生

双鱼座是南方天空中的一组不很明亮的星星,其位置在飞马座的东南方,由两串星星形成一个大V字形,分为两支细长的星列,但必须在无光害的地点才能看见。 加加林(1934.3.9～1968.3.27)的名字是航天时代的象征。他是世界上第一位进行太空飞行的宇     

考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究

针对低轨(low earth orbit,LEO)通信星座在轨重构问题,分析了低轨通信星座的特点,提出了4个重构指标,即全球平均覆盖率、燃料消耗均衡性、重构总时间和重构总速度增量,并分析了提高轨道高度的重构方式.采用基于分解的多目标进化算法(multiobjective evolutionary algorithm b...     

连续小推力条件下星座轨道机动方法研究

基于连续小推力条件下星座轨道机动的动力学特性分析,研究了其入轨的布局置入和离轨机动方法。地球轨道上的大型星座数量巨大,传统的轨迹优化方法较难应用。针对多星入轨的星座布局置入任务,求解了分时序抬轨的相位调整问题,并在轨道抬升过程中,利用轨道倾角偏置补偿升交点赤经漂移。针对星座中卫星的离轨任务,设计了半长轴和偏心率的联合调整方法。在保证卫星快速离轨的同时,能够有效减少燃料的消耗。考虑到连续小推力机动的弧段效应,控制策略需要围绕控制效应的曲线积分进行优化。     

星座分布式自主定轨中信息融合方法比较研究

为了保证大型导航星座在有限的星载运算能力和通信能力下,具备自主运行能力并提供精准位置参考信息,对基于分层结构的星座分布式自主定轨的信息融合方法展开了研究。以地月卫星联合星座作为研究对象,将简单凸组合法、协方差交叉融合法以及在线性最小方差意义下的矩阵加权法和标量加权法等方法应用于子滤波器估计的融合中,对各种融合方法的性能进行了对比分析。仿真结果显示,在采用方差放大技术去相关设计星座分布式自主定轨算法基础上,采用简单凸组合法、矩阵加权法和标量加权法3种融合方法的定轨精度较高,与集中式滤波精度相当,其中标量加权法的计算代价最低;而协方差交叉融合法由于难以准确确定最优系数,其精度低于其他3种方法。      

星座的发射规划研究

卫星的组网发射规划就是确定从地面把多颗卫星发射到所需求的轨道平面的适当时间问题.在保证组网卫星之间相位要求和发射单颗卫星限制条件的情况下,给出了一个轨道高度为800km、轨道倾角为45°的12颗星Wallker星座的发射窗口.其研究思路可为确定卫星群发射窗口提供参考.     

编队星座相对位置精确测定与自主定轨方法

针对编队飞行星座,提出了一种全自主的高精度定轨与相对位置精确测定方法,对其主要关键技术之一的空间绝对定向的基本方案及其可行性和指标进行了研究,并进行了仿真验证.结果表明,通过编队星座星间高精度的距离测量和绝对定向观测,可以实现无需地面测控站和卫星导航系统支持下的编队星座全自主导航方案;在一定测距和测向误差条件下,绝对定轨精度可以优于20m,相对位置确定精度可优于10cm.相对误差与采样间隔有较明显关系,未来可考虑采样间隔控制在10s以内即可;绝对位置误差大小与采样间隔无明显关系,其中的主要误差是星座的整体平移误差.仿真结果验证了所提方案的正确性.      

北斗导航星座星间通信速率控制方法

北斗导航星座可以通过星间测距和传输链路实现自主定轨和性能增强。导航卫星间进行数据传输时,卫星相对位置时变,传输信道特性也随之不断发生变化。针对导航卫星间传输链路时变特性,提出了一种基于星历的星间通信速率控制方法。在满足传输服务质量的需求下,根据导航卫星自有的高精度星历资源定量计算星间最优通信速率,通过速率的动态调整提高星座的传输效能。仿真结果表明,采用所提方法,北斗导航星座星间传输效能可以提高1.92倍,验证了方法的有效性。      

多等级区域侦察弹性星座设计方法

针对传统侦察星座目标单一、弹性低的问题,提出了多等级区域侦察弹性星座的设计方法。该方法将星座设计过程按区域等级信息分为多个子星座逐步设计,直到整体星座对所有的区域性能满足设计要求。以区域被划分为3个等级为例,首先对星座设计需求、设计指标及设计步骤进行了分析。其次推导了地面最低分辨率和轨道高度的关系并确定了不同子星座的轨道高度。最后考虑轨道倾角、一箭多星发射、光照和升交点漂移同步约束,构建基础星座、子星座1和子星座2的优化模型。最终设计星座为3层混合星座,共8个轨道面和70颗卫星,星座对各等级区域的最大重访时间分别为10937s,12241s和17437s,弹性指数为2213%,2420%和6361%。结果表明该方法设计的星座可实现对区域覆盖和弹性分级的设计要求,证明了方法的有效性。对比Walker星座设计方法,在同等设计要求下,Walker星座所需卫星数为156颗,多等级区域侦察弹性星座所需卫星数远低于Walker星座,结果进一步证明了该星座设计方法的优越性。     

概念设计集成系统与星座方案探索

进一步研究了快速方案选择和概念设计新方法.结合概念设计过程,给出星座方案选择和卫星概念设计的基本模型,在方案探索和概念设计中集成了风险和不确定性分析;应用系统综合设计优化平台(SDOF)开发卫星星座概念设计集成系统,实现卫星星座方案探索优选;集成系统交互、演进、分布式协同设计,可自动运行优化过程,同时可监视和控制设计任务单元运行状况,优化完成后用户可定制设计报告内容和格式;最后介绍了对地观测卫星星座概念设计实例,采用多岛遗传算法进行优化,初步验证了该系统在技术原理上的可行性.      

区域导航星座分析设计研究

导航星座设计涉及诸多参数的优化组合,星座设计目标就是寻找一组参数组合,使其构成的星座在指定覆盖区域既能获得最优星座性能,又节省系统建设成本和星座长期维持费用.在详细论述导航星座性能指标及其可用性算法,以及导航星座参数设计因素的基础上,进一步提出了半分析式区域导航星座设计方法,并综合分析得到4种区域导航星座设计方案.最后,通过对比研究星座性能指标及定位精度仿真结果,初步说明区域导航星座设计方法和设计方案的可行性和合理性.     

欧洲航天局研究多用途超大型星座概念

□□据《国际飞行》2008年7月3日报道,欧洲航天局计划研究把通信、地球观测及导航卫星集成到一个星座的可行性,以提高卫星星座的有效性和经济适用性。这项研究还将对星座的“最终系统结构”提出建议,其中包括卫星及其轨道类型、整个网络建构、合理的地面基础设施、制度结构、所     

小卫星侦察星座性能评估研究

针对小卫星侦察星座性能评估问题,从覆盖、成本和弹性三方面对小卫星侦察星座的性能指标进行研究,分别构建了考虑存储容量约束的覆盖能力评估模型、成本估计模型以及弹性能力评估模型。在覆盖能力评估模型中,将卫星存储容量作为约束条件,结合卫星覆盖几何模型分析了卫星对地侦察的工作条件,提出考虑存储容量的覆盖指标计算方法;通过小卫星成本模型(small satellite cost model,SSCM)对星座各分系统的成本进行估计;在弹性评估模型中,提出了星座性能损失率指标,并根据星座失效状态概率函数确定了不同失效状态下星座性能损失率的权重。将上述模型应用于SkySat和吉林一号星座的性能评估过程中,结果表明SkySat比吉林一号覆盖能力强、成本低,弹性差。提出的三个模型可用于评价星座优劣,为小卫星侦察星座的建设和性能评估工作提供参考。     

卫星星座的系统仿真研究

研究了对人造卫星星座进行系统仿真的方法.从轨道动力学的观点出发,提出了卫星星座系统仿真的概念和要求;建立了星座系统仿真的数学模型;讨论了星座系统仿真的软件实现方法;最后介绍了开发的一个星座系统仿真软件.      

涉及非静止通信卫星星座的干扰计算方法

研究了涉及非静止通信卫星星座干扰的两个特性 ,即非固定且时变特性和集总特性 ,并针对这两个特性 ,提出了进行涉及非静止通信卫星星座的干扰计算的思路和方法。该方法引入时间离散化仿真和等效功率通量密度概念 ,可以解决国内亟待解决的涉及非静止通信卫星星座的干扰计算问题。     

近圆低轨卫星星座相位保持方法

主要研究无轨道高度保持要求的近圆低轨卫星星座相位保持方法.首先根据轨道摄动理论,推导了考虑J2摄动和大气阻尼摄动的卫星相位漂移模型,分别给出基于固定基准星和基于虚拟基准星的相位偏差两种表达方法.在此基础上,按照星座各星轨道衰减一致和不一致两种情况,分别提出两种表示方法理论的和考虑实际控制误差的相位保持策略.通过一个walker星座仿真算例验证了两种方法的有效性.仿真结果显示,两种方法在各星轨道衰减一致和不一致两种情况均可有效完成相位维持任务,当各星轨道衰减一致时两种方法在控制次数和控制总量上无明显差异;在各星轨道衰减不一致情况下,基于固定基准星的相位保持策略更优.     

一种空间协同探测系统的星座设计方法

研究了由多颗合成孔径雷达卫星和一颗可见光卫星构成的空间协同探测系统的工作模式.根据太阳同步轨道和冻结轨道的特点,结合近地轨道遥感卫星的应用需求,选择了轨道半长轴、偏心率、倾角、近心点幅角.考虑到卫星偏航控制对覆盖性能的影响,在不动的地心坐标系中推导了卫星观测方向与地表交点的表达式,提出了确定系统中各颗卫星的升交点赤经和过近心点时刻的算法.给出了包含两颗合成孔径雷达卫星与一颗可见光卫星的协同探测系统的星座设计结果,并利用国际公认的卫星软件工具包Satellite ToolKit进行了验证,表明该设计方法是正确的.     

圆轨道星座位置保持控制的仿真与研究

星座构形可由卫星相对地球的位置和卫星相对卫星的位置联合描述。由于星座中卫星所受摄动,星座构形会在运行中发生改变,需要加以控制。针对同一圆轨道内的两颗卫星,推导了描述星座位置运动的数学模型,通过仿真验证了模型的精度;进而利用二次型最优控制理论给出了基于相对位置的控制规律,提出了星座相对位置保持、绝对位置可移动的星座控制方法;论证了相对位置保持控制所需燃料要比绝对位置保持控制所需燃料少,仿真结果验证了方法的有效性。