小卫星的空间操作

ＣＡＴ空间系统公司（原ＤＳＩ）在８０及９０年代的“小卫星”计划中起了重要的作用。传统低轨卫星的设计、制造、发射及操作成本高，时间长。这些问题一直在激励人们去开发新的工艺、技术，以及低成本、毋需严格调整的卫星。这些卫星采用低功率“小卫星”通信设备（ＴＤＲＳＳ用于ＮＡＳＡ低轨星则要求大功率），通常搭载不需要大量冗余备份系统并且不需要大型地面设备和人员保障的有效载荷／实验设备。这种小型且适应性强的卫星还     

欧洲的第二代数据中继系统

根据下世纪初大致的用户情况,欧洲数据中继系统将进入第二代,提出了几种新的系统结构,并从空/地段组成及费用进行了比较。所考虑的主要用户包括在轨基础设施(即哥伦巴斯)及保障它的运载工具(即赫尔墨斯及其后续型号)、地球观测平台、微重力自由飞行器及科学卫星。未来的第二代数据中继卫星一般装备一部S波段多址天线,用于同低地球轨道(LEO)卫星进行低数据率通信;并装备若干个光学终端,用于同低轨道和同步轨道卫星进行高数据率通信。如果需要同其它第一代数据中继系统相兼容,则也许还要使用Ka波段天线。该系统有两颗或三颗数据中继卫星,使用一系列关键技术,如光学线路和星上处理,以及改进的系统结构,将会: ·提高业务的可用性,增大容量; ·提高对低轨用户航天器的覆盖范围,可完全消除对400公里高卫星的覆盖空白区(ZOE); ·借助用户单位安装的小型、廉价地球站可以更方便地接通中继卫星系统。     

DARA就小卫星利用商业卫星通信系统传递数据的概念性研究结果

国家对航天计划的预算要求航天工程低成本和高效费比。德国航天局(DARA)规定了一项指标,通过综合利用新概念来减少小卫星的开发和操作费用。 DARA提出一项研究课题,研究利用现有或即将建成的商业卫星通信系统来减少小卫星操作费用的替力,本文就介绍该项研究的成果。设想了多种数据传输方案,分析了低轨小卫星(科学)和下列通信卫星星座之间的几种方案:a)低轨通信卫星,即铱和全球星系统;b)中轨卫星,即ICO系统;c)地球同步卫星,即海事卫星系统。本文介绍利用这些卫星的技术可行性,限制条件以及可能的成本节省。     

哥达德航天中心天基、地基测控网的Ka频段过渡计划

1　工作于Ka频段的驱动因素NASA天基测控网 (SN)目前通过TDRSS卫星和白沙设施 (WSC)的地面设备以S和Ku频段为各种近地轨道科学卫星提供通信服务。同样 ,NASA地基测控网 (GN)利用分布于全球的地面站通过直接对地的S和X频段为科学卫星提供通信服务。按NASA预测许多科学卫星提出的测控需求 ,需要 1Gbit/s或更高的数传速率 ,这些快速上升的数据吞吐速率不可能以现用的Ku和X频段来满足。此外 ,NASA分配给TDRSSKu频段前、返向链路频率在国际电信联盟 (ITU)只是二级用户 ,固定卫星业务 (主用户 )地球站地球 -空间方向的发射会给…     

NASA准备放宽中继卫星使用限制

跟踪和数据中继卫星系统以前只用于政府的航天器,但每周都有一定的空余能力。NASA目前准备向工业界想试验新技术的用户开放该通信卫星网络。NASA官员说关于如何利用该系统须由工业界决定。 中继卫星位于赤道上空35406公里的轨道上,它能将航天飞机或卫星的数据中继到新墨西哥州白沙的地面终端。     

跟踪与数据中继卫星系统第二套地面终端站

在九十年代及后续的时间里,跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)第二套地面终端站(STGT)将为NASA天基网(SN)的用户提供高可用性指令和控制能力及更高级的服务。TDRSS这一天基网(SN)将是国际空间站和其它用户航天器及其地面支持部分的主要通信关口。STGT含有一套带备份的分布式计算机系统,对带备份的射频(RF)到基带的设备链进行组配与控制,以完成用户数据的透明传输、用户星的跟踪测轨和中继卫星(TDRS)的控制和监视。STGT与位于哥达德航天中心(GSFC)的NASA测控网控制中心(NCC)有接口,通过该接口对STGT进行自动调度和控制。STGT还备有一个TDRSS本地操控中心(TOCC2)和一套与国内通信卫星(DOMSAT)的接口设备。TOCC2用于本地监视和备份控制,接口设备用于数据分发。本文专门介绍STGT,并重点描述为用户航天器进行中继业务的各部分的配置及其监控情况。     

航天器利用跟踪与数据中继卫星系统导航的评述

NASA将利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)对地球卫星进行跟踪和通信。本文评述了利用TDRSS为航天器导航的能力。用加权最小二乘批处理技术拟合跟踪测量值,得到东TDRS卫星和几个用户航天器的轨道解。所研究的用户航天器有太阳峰年卫星(SMM),陆地卫星-5,地球辐射预算卫星(ERBS)和太阳散逸层探测器(SME)。以相继轨道解的一致性作为度量,评定了东TDRS卫星的轨道精度。将TDRSS跟踪获得的用户航天器轨道与同一时间由地面跟踪获得的结果进行比较,确定了用户航天器的轨道精度。研究了跟踪测量值特性和摄动力模型计算对轨道解的影响。介绍了东TDRS卫星和用户航天器的轨道确定结果,对这些结果进行的分析和评价以及由此得出的一些重要结论。     

自主监视卫星

一、引言本文叙述利用越来越高级的星上数字处理技术提高小卫星性能和可靠性的可能性。介绍了控制数据公司开发的一种结构,这种结构能满足各种用户需求,而且可靠性很高。灵巧卫星意指星上有相当多智能(处理能力)的小卫星。二、增大小卫星的能力小卫星有如下两项工作要求,不同于大卫星系统的操作: ①操作需自主②直接给用户提供数据这两要求又导致如下情况,小卫星可能是低地球轨道,因此过地面站的时间窗口很短。     

近地卫星磁测自主定轨及原型化

利用三轴磁强计的测量信息可实时地确定卫星轨道。采用扩展卡尔曼滤波作为处理磁测自主定轨问题的滤波算法．并以地磁场强度幅值作为测量值，建立了近地卫星磁测自主定轨的数学模型。在数学模型的基础上实现了基于PC机、dSPACE一体化系统的原型化(Prototyping)实验。该原型化实验对磁测自主定轨的方案、理论、算法及实时运行特性做了进一步的验证。     

X波段数据就地接收对改善用户服务及降低EO系统成本的重要性

通过一个大型地区性地面站系统很难满足大量潜在EO(对地观测)用户对廉价、及时获取数据的需求。由于大多数用户只需要当地数据(高仰角的),BURS公司设计建造了一个廉价X波段接收机系统,利用不到3米的天线可采集90°弧段范围内卫星(ERS-SAR,SPOT和JERS)发射的信号,其关键性部件是一个4贴片天线接收机系统。该系统锁定到S波段信标信号上,为闭环反馈跟踪系统产生位置误差信号。该系统采用了新颖液压驱动装置控制轻便型抛物面天线的俯仰,运动。接收到的X波段数据随后被送入一台或多台PC机。开发这种设备对未来EO系统的设计及运行操作具有深远意义。一种可能性就是多颗低价格/低功率小卫星配合当地自筹资金服务网建立的众多地面接收机构成EO系统。     

TDRSS轨道确定方法的初步研究

本文针对TDRSS(跟踪和数据中继卫星系统)的中继卫星(地球赤道同步卫星)至用户星(被跟踪航天器)的测距、测速资料,给出了这种星-星跟踪定轨的条件方程。根据星-星跟踪定轨、星-星跟踪和星-地跟踪混合定轨的各种情况(是否同时确定中继卫星轨道,一颗或几颗中继卫星等),给出了不同的测轨流程和方法。为了进行仿真计算,本文针对TDRSS的具体情况,给出了生成仿真观测资料和相关数据的方法,分析了仿真计算的功能。初步的部分试算表明,星-星跟踪对提高我国用户星的测轨精度确实具有重要作用;努力提高地球赤道同步卫星(中继卫星)的测轨精度,可以大大简化TDRSS用户星的测轨流程,有利于用户星的轨道确定。     

COMRING:一个适用于地球观测任务和空间站的小卫星数据中继系统

COMRING(通信环)是一种适用于低轨卫星的数据中继系统新设想,该系统可在低轨航天器与地面间连续传递数据(典型的可传输时间为80～100％)。该系统可提供连续的全球覆盖而无需大规模的地面站网和不可靠的星上数据记录仪。COMRING采用7～9颗小卫星(每颗重160kg)以等间隔配置在用户星同一轨道上,数据的中继经由星际链路完成。用户星可以是一颗遥感卫星或一颗军用侦察卫星。用于空间站的COMRING将置于更高的轨道上以减小大气阻力影响。COMRING的数据传输速率可高达150Mbps。Kayser-Threde拥有这一方案的专利,并已于1996年在为DARA所做的广泛研究中证明了它的可行性。初步的成本估计表明,中继每Mbyte数据的成本与TDRSS(跟踪数据与中继卫星系统)相当。然而,由于COMRING专用于单一用户,它比TDRSS的可利用率更高,因为TDRSS已达到了它的极限能力。     

跟踪和数据中继卫星系统在欧洲的应用可能性

美国航空航天局(NASA)打算在1981年左右用两颗中继卫星组成的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS),取代美国用于跟踪低轨卫星并进行数据和指令传输的现有地面站网。除本国用户使用外,NASA还可将该系统提供给其它国家的用户使用。本文就美国采取了该措施后对欧洲产生何种影响进行了分析。根据欧洲在八十年代到九十年代间需要执行的任务,这里提出了两种可供选择的方案。在相同工作能力下,从费用以及其它方面,将欧洲中继卫星的两种方案与租用TDRS系统进行了比较。通过比较可看出,采用本文提出的欧洲中继卫星系统方案更有利一些。     

TDRS星运行后的GSFC测控网操作

自第一个航天器飞入空间以来,哥达德航天中心(GSFC)一直在为其数据采集网的用户提供各种程度的支持。作为测控网发展计划的—部分,开发了 TDRSS 网(TN)以继续满足近地轨道先进航天器不断增长的通信和定软要求。网中各组成部分作了大范围的变更,这些变更的实施、纽装和测试阶段正接近完成,为1983年初开始发射 TDRS 系列星作好了准备。在宣布 TDRSS 可以全面支持所有用户之前,组装的最后阶段一定要在 TDRS 星入轨后,与 TDRSS 网的各实用组成部分一起进行全面的试验。TDRSS 网同以往测控网设计方案完全不同,它把网的商用部分和政府部分(即NASA 部分)组合起来成为一个高度自动化的端到端的系统。打算利用商用部分(即由一个中心地面终端监控的地球静止轨道的一系列卫星)来取代 NASA 现有的全球分布的地面站。NASA 部分(即政府部分)包括一系列的测控网设备,按照飞行任务支持型合同,为监控整个网提供特殊的勤务和服务。本文介绍了这种可以满足80年代和90年代初科学用户星要求的新型测控网。     

一种廉价的天基数据中继方法

美国国防部低轨卫星试验任务越来越需要不间断通信,使我们对地球同步数据中继业务更为关注。与额外再建造空军卫星控制网远方地面站相比,这可能是一种更经济的办法,而且可避免某一试验任务独占很多控制网资源。一种能近期试验天基数据中继系统的低费用解决办法是利用现有的两颗国防通信卫星Ⅲ号卫星,两个现有的超高频(SHF)地面终端站,以及被试卫星上的一个天线能自主指向的标准化小型终端。本文就来介绍这一系统。     

新世纪技术验证计划的小卫星通信

NASA下一世纪科学探索方式将基于廉价频繁的卫星发射,这些卫星将是轻型、低成本、高度自主的小卫星。通过“新世纪计划”(NMP),NASA准备创建一种新的高度综合的方法,对实现这些卫星目标的一系列技术进行开发和空间验证。要满足这些想象的任务要求,并突出降低寿命期成本的目标,对卫星设计、制造和操作各方面将提出挑战。本文集中讨论先进通信系统的体系结构和技术,这些都是NMP已明确的关键性能需求,也是空间验证计划当前选定的内容。这些系统主要分三大类:小型深空通信,极高码速率近地通信和短程通信。其应用包括:空—地链路,行星间飞行器及其着陆器和漫游年之间数据中继的航天器间链路,以及通过星间交叉链路和数据中继卫星的近地卫星通信。本文将从用途和关键性能参数(如质量、体积、效率和成本)来讨论射频(400MHz-32GHz)和光通信技术。     

NASA TDRSS的新型按需接址业务设想和技术

1983年后,NASA的TDRSS根据调度表在低地球轨道航天器(如航天飞机)和地面之间提供了可靠的低和高速率的双向中继业务。但越来越多的用户希望按需提供服务,减少或完全废除事先调度安排。对许多新出现的用户,这很有意义,因为这样可以:提高用户操作灵活性,使科学数据的采集不受约束;使科研卫星能立即发送从预料之外“科学事件”(例如伽玛射线爆发)所探测的数据;使航天器能发送911应     

利用两颗地球同步卫星的通信与定位系统——系统与试验

我们研制了能在一个系统里提供卫星通信和定位服务的两种类型的混合终端。一种采用单信道单载波(SCPC)技术,另一种采用扩谱(SS)技术。为了检验这两种终端的性能,我们在日本和太平洋区利用ETS—V(150°E)和Inmarsat(180°E)两颗地球同步卫星进行了一系列实验。使用SCPC和SS终端测量移动终端经卫星到基站之间的距离,测距精度分别为200米和10米。靠近日本进行的实验,SCPC和SS终端的定位精度分别为1000米和600米。实验结果表明定位误差主要由两颗卫星轨道测量误差产生的。 本文介绍SCPC和SS终端,试验系统的构成和特点以及实验结果。     

TDRSS双差分数据测轨的单位矢量法

本文根据人造卫星测轨的单位矢量法基本原理,利用跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)的两颗中继卫星双差分数据,给出了一种独立测定用户星轨道的新方法。     

小型低成本地面站的性能

本文探讨了用于小卫星的小型低成本半机动S波段地面站的性能极限。首先介绍空间新技术有限公司(SIL)地面站硬件和天线控制软件,然后计算在各种工作条件下的性能,包括对低地球轨道、高椭圆轨道和地球同步轨道任务的性能。最后为卫星任务设计者或规划者提供一些实际极限,特别是各种卫星任务中小卫星配合小型地面站可达到的下行链路性能。