面向火星探测的中继通信星座设计

在深空通信中,传统的点对点通信方式已经不能满足远距离信息传输的要求。为给目标探测器提供更长时间的中继通信,针对火星目标探测器正常和应急特殊工作这2种不同的应用场景。分别设计了均匀覆盖和连续覆盖的火星中继星座。中继星座方案由1个轨道面内的3颗中继卫星组成,2个星座采用了不同的卫星相位间隔。     

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。     

“嫦娥4号”中继星使命轨道段定轨计算与分析

"嫦娥4号"中继星是"嫦娥4号"探测器实现月球背面着陆与巡视的关键,目前正稳定运行在地-月L2点使命轨道上,该使命轨道为平均周期约14天的南族Halo轨道。因任务的需要,中继星本体系+Z轴需调整指向,处于正对太阳和非正对太阳两种状态。太阳光压在中继星+Z轴对日的情况下会加速卫星的角动量累积,增加卫星卸载喷气频次。基于中继星使命轨道段测控支持条件,采用重叠弧段法对两种状态下的中继星定轨精度进行分析与评估。结果表明,在中继星+Z轴非对日运行状态下,重叠弧段位置误差为1.6 km,速度误差为8 mm/s;在中继星+Z轴对日运行状态下,重叠弧段位置误差为0.6 km,速度误差为3 mm/s,这对中继星的长期运行具有重要参考价值。     

美国发射首颗第三代“跟踪与数据中继卫星”

2013年1月30日,美国从肯尼迪航天中心用宇宙神-5火箭成功发射了首颗第三代"跟踪与数据中继卫星"(TDRS-K,升空后名为跟踪与数据中继卫星-11)。"跟踪与数据中继卫星"是一种跟踪地球低轨道人造航     

稀疏观测模式的"嫦娥四号"中继星轨道确定

"嫦娥四号"中继星于2018年6月14日成功进入地月L2点Halo轨道,承担地面测控站与"嫦娥四号"着陆器的数据传输功能.目前"嫦娥四号"中继星处于稀疏观测模式,平均4～5天进行一次观测.分析了2021年1月"嫦娥四号"中继星绕地月L2点的定轨精度,结果表明:中继星绕L2点轨道精度优于2 km,包含有甚长基线干涉测量技...     

地月平动点中继应用轨道维持

地月平动点中继应用轨道对于月球背面探测具有十分重要的应用价值,由于地月平动点的不稳定性,必须进行轨道维持。文章研究了真实力模型下月球平动点中继应用轨道的维持。首先,基于限制性三体问题下平动点轨道的运动特性,研究了平动点轨道维持的数学模型与维持策略,提出了平动点轨道维持的连续环绕控制方法,并给出了轨道维持的Halo和Lissajous两种控制方式;其次,充分考虑各天体和光压摄动下,采用数值手段研究了不同幅值的地月平动点周期中继应用轨道的维持间隔与速度增量等。研究结果表明:Lissajous控制方式适用于月球平动点中继应用轨道的维持,在给定测控精度条件下,维持间隔约7.4d,速度增量优于20m/s/a。该方法已经成功应用于我国"嫦娥2号"日地平动点任务和"嫦娥5T1"地月平动点任务并获得了良好的控制效果,还可直接应用于我国未来"嫦娥4号"等月球背面探测任务。     

进入使命轨道的“鹊桥”月球中继卫星

正2018年5月21日,我国用长征-4C火箭成功从西昌卫星发射中心将"鹊桥"(Magpie Bridge)月球中继卫星送入太空,该卫星于6月14日进入了地月拉格朗日2点(L2点)的晕轨道,这是世界上第一个进入到该轨道的月球中继卫星。那么,"鹊桥"月球中继卫星有何用途?它为什么要运行在地月L2点晕轨道?简单地说,它将为2018年年底我国发射的首个在月球背面着陆的嫦娥-4落月探测器提供信息传输。     

天链二号01星的独门绝技

<正>3月31日23时51分,在西昌卫星发射中心,长征三号乙运载火箭呼啸着划破夜空,将天链二号01星送入太空,卫星准确进入地球同步转移轨道。这一刻意义非凡,它标志着我国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首颗星正式开启征程。中继卫星主要是服务于航天器的卫星。通俗地讲,中继卫星就是一个位于36000公里上空的数据中转站,可以"居高临下"观测在中低轨道运行的     

北斗三号全球系统核心星座部署完成

正新闻:2019年12月16日15时22分,长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心以"一箭双星"方式成功发射第五十二、五十三颗北斗导航卫星。至此,所有中圆地球轨道卫星全部发射完毕,北斗三号全球系统核心星座部署完成。解读:北斗三号卫星星座是我国具有独立知识产权的全球卫星导航系统,星座系统由24颗中圆地球轨道(MEO)卫星、3颗地球静止轨道(GEO)卫星和3颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星组成。     

“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。     

航天简讯

美国国家侦察局终止“光学数据中继卫星体系”计划□□由于美国国会大量削减国家侦察局(NRO)对“光学数据中继卫星体系”(ORCA)计划的2005年预算申请,NRO决定终止ORCA计划,这意味着NRO将继续依靠现有的数据中继卫星。ORCA计划价值数十亿美元,任务是将NRO侦察卫星星座搜集的大量数据中继传输到地面情报机构,它是空军“转型卫星”(T-Sat)通信系统的对应部分。NRO将逐渐加强对现有数据中继卫星星座进行升级的力度,购买更多的中继卫星。此外,NRO也计划利用T-Sat进行数据中继传输。T-Sat在2005财年的预算也遭到削减,从7.75亿美元…     

“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。     

地-月L2点中继星月球近旁转移轨道设计

位于地月L2点周期轨道的中继星将首次为"嫦娥4号"月球背面着陆探测任务提供通信中继服务。中继星转移轨道设计是中继任务实施的关键环节。针对中继星转移轨道存在转移时间、近月点高度和halo轨道振幅等约束条件,系统研究了基于月球近旁的地月L2点转移轨道设计方法。首先基于限制性三体模型,分析了halo轨道族与着陆点可见性关系;然后将月球近旁转移轨道分为地月直接转移段和地月动平衡点附近周期轨道拟流形入轨转移段,采用带有状态约束的微分修正算法对这两段轨道进行拼接,得到了从地球附近至目标轨道族的月球近旁转移轨道;最后,针对南族halo轨道分析了halo轨道振幅和月球飞越高度对转移轨道设计的影响,以及转移轨道的入轨相位分布。仿真结果表明:月球近旁转移轨道设计方案具备工程上的可行性与优越性。该方案可以为实际工程任务和应用提供参考。     

天基红外导弹预警系统--美国国家导弹防御计划的核心

"天基红外系统"(SBIRS)为一项弹道导弹预警系统计划,是目前美国"国家导弹防御系统"(NMD)计划的核心.该计划于1992年8月批准,1995年开始列入财政年度开支,计划执行13年,直至2008年完成.SBIRS有空间段和地面段两部分,空间段由三种轨道高度的卫星星座组成,即低轨卫星星座(SBIRS-Low)、高轨卫星星座(SBIRS-High)和静止轨道卫星星座(SBIRS-GEO).     

“嫦娥4号”中继星任务轨道确定问题初探

"嫦娥4号"任务将采用着陆器、巡视器和绕飞地月拉格朗日L2点中继星进行月球背面的探测,中继星已先期发射,进入环绕地月L2点的晕(Halo)轨道。在中继星使命轨道动力学模型的基础上,通过相关仿真工作,开展了中继星在Halo轨道上的摄动源量级及影响定轨预报的主要因素分析,结果表明:太阳光压摄动是其主要影响因素。为降低其相关影响,提高定轨精度,在太阳光压球模型的基础上,结合中继星在轨运行特点及其星体结构特点,提出了一种求解光压等效面积的方法。经仿真分析,使用修正后的太阳光压球模型进行定轨求解,速度精度可提升约一个量级。     

采用简单太阳翼指向控制的IGSO星座设计

在对以地球静止轨道（GEO）卫星为基础的全球覆盖通信星座的设计中,提出一种特殊的倾斜地球同步轨道（IGSO）星座,该星座中的卫星可采用与GEO卫星相同的太阳翼对日指向策略,避免了IGSO卫星为实现太阳翼对日指向采用偏航控制而引起的卫星设计复杂性和研制成本的增加。采用网格法对该星座的覆盖特性进行分析计算,结果表明这种IGSO星座可应用于单重覆盖或极区覆盖的任务,而3颗IGSO与3颗GEO卫星共同使用时可实现95%以上的全球通信覆盖率。     

“质子”号火箭发射军事中继卫星

正2015年12月13日,俄罗斯"质子"M/"和风"M型运载火箭在拜科努尔发射场发射了"鱼叉"2军事数据中继卫星,代号"宇宙"2513。"鱼叉"系列用于接替俄"急流"军事数据中继卫星系统中的"喷泉"系列卫星,由信息卫星系统(ISS)-列舍特涅夫公司建造,估计发射质量2.4吨,采用静地轨道,用于向地面站中继侦察卫星所获数据,作用类似于美国国     

艰苦卓绝的“北斗”发展历程

正经过26年的努力,2020年6月23日,我国第55颗"北斗"导航卫星顺利升空,6月30日成功定点于地球静止轨道(GEO),终于使北斗三号全球卫星导航系统星座在太空落成。它是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航与授时(PNT)服务的国家重要时空基础设施。     

短消息

正6月14日,我国探月工程嫦娥四号任务中的鹊桥中继星成功实施轨道捕获控制,进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道,成为世界首颗运行在地月L2点Halo使命轨道的卫星。后续,鹊桥中继星将在此轨道陆续开展在轨测试和中继通信链路联试,为今年年底择机发射的嫦娥四号月球探测器提供地月中继测控通信。     

Walker星座的区域导航特性分析

基于反映定位精度的几何精度衰减因子 (GDOP)值 ,提出了一种评估导航性能的品质指标。研究了Walker星座的轨道构型参数 ,特别是卫星数目、轨道平面数、相对相位与轨道倾角对区域导航性能的影响。在轨道运动中考虑了地球扁率对卫星轨道的摄动。分析结果显示了星座轨道相对相位、轨道倾角等参数对星座区域导航品质指标的显著影响 ,导航品质指标比GDOP值能更直接地反映星座导航性能的好坏。