ST-5 微小卫星及其空间飞行验证——为未来微小卫星的空间应用展现广阔前景

美国NASA于2006年3月22日成功发射三颗ST-5微小卫星,并组成星座,用于空间地磁观测.经过90天飞行演示,于6月20日顺利结束.演示验证很成功.卫星重25kg,功率24W具有通常卫星全部功能.卫星多项先进技术在演示中得到肯定,空间观测获得史无前例的数据.为此,文章特地介绍了ST-5微小卫星,它的先进技术和设计经验值得借鉴.ST-5将为今后微小卫星空间应用展现广阔前景.     

航天器发展对控制理论的挑战

本文综述和分析了现代航天器的发展及其对控制理论提出的挑战。这些挑战包括:①挠性空间结构动力学和控制;②鲁棒性和自适应控制;③高精度多变量控制系统的设计方法和理论;④容错控制系统的设计和人工智能研究;⑤大系统控制理论。     

全球通信网络和全球防御网

任何起积极作用的信息技术对于增强经济活力和确保国家安全都是至关重要的。因此,在美国政府提出信息高速公路计划的同时,美国军事部门还提出建设全球防御网(DGG)计划。很明显信息高速公路是民用的,是为商用领域发展的;全球防御网是军用的,是为国防部门开发的。全球防御网是贯穿全球的各种信息系统和通信网络的总和。因此概括又通俗地说,这两种信息结构实质上是一对双胞胎。尽管它们的服务对象不同,但它们所采用的技术和技术实现的各种手段(硬件和软件两方面)基本上是一样的。     

卫星控制系统仿真——优化设计,方案验证,产品检验,故障模拟和动态实验的主要手段

1 引言卫星控制系统不同于地球上任何一种产品:它需要经受一个严峻的发射条件和空间环境;在轨道运行时不能维修(用航天飞机维修除外);一种控制设备只需要生产少数几个;由于功能和精度的要求高,许多控制装置需要采用最先进的技术;现代卫星控制系统的投资高达整星费用的30％,而控制系统能否正常工作决定整星能否完成飞行任务。由于设备成本很高和发射成功后的巨大经济效益,因此要求控制系统具有非常高的成功率。     

零动量—偏置动量三轴姿态控制系统

本文提出一个与常规不同的零动量——偏置动量三轴姿态控制系统的设计方案。该系统由四个斜装的反作用轮组成。用这种方案设计的姿态控制系统有非常好的灵活性。通过改变控制模式,该系统可以组成一个标准的高精度零动量三轴姿态控制系统;也可以组成一个高可靠性的偏置动量三轴姿态控制系统。本文讨论了这种姿态控制系统的设计方法和动力学性能。最后,给出数学仿真的结果。     

中继卫星的多体姿态控制和仿真

一、引言八十年代在空间技术领域中的一个突出变革是提高星上自主能力,减少地面支持费用。地面跟踪网已经从全球化走向卫星化。如果依靠少数地面站对近地卫星跟踪的时间仅占4—5％,则对卫星进行精确测轨的时间更少,只有1—2％。根据这样短的弧段来测轨,精度很低(公里级)。若要100％时间跟踪卫星,则需要几十个地面站。例如轨道高度为400公里,需要设35个站,高度为1000公里,也需设14个站,而且这些站要理想分布,其中大多数地面站势必在国外和海上,主要是在海上,因为海洋占全球面积的7/10。由此可见,用增加地面站的办法来提高跟踪精度是不经济的,甚至是不现实的。     

卫星编队飞行相对轨道的确定

卫星之间相对轨道的确定对于多颗卫星编队飞行的控制和任务是十分重要的。结合空间圆形的编队飞行星座，本文给出了描述卫星近距离运动的C-W方程，讨论了空间圆形的编队卫星星座的构成，进而设定了利用激光仪测量星间位置矢量，并设计了Kalman滤波器来实现相对轨道的确定，分析和仿真结果表明，Kalman滤波器能够有效提高相对位置确定精度并给出相对速度的高精度估计。     

椭圆参考轨道卫星编队构形的最优机动控制

研究了椭圆参考轨道编队飞行构形机动中的时间燃耗最优控制问题。以综合体现时间快速性和燃耗最优性的二次型性能指标作为优化准则,将构形机动的时间燃耗最优控制问题转化为一个线性规划问题,从而得到构形机动的最优机动时间以及相应的推力脉冲个数、幅值和作用时刻。最后在不计和计及地球引力摄动的两种不同情况下,分别利用Matlab和STK/Astrogator进行数值仿真,验证了控制算法的有效性。     

协同小卫星系统和服务

文章提出一个新概念:协同小卫星系统和服务(应用),简称5S(Synergic Small Satellites Systems and Services)。其目的是积极研究和开发多颗小卫星联合协同工作,开创在各领域新的应用。文中首先论述5S的概念与内涵;其次研究小卫星星座和编队飞行性能特点与系统设计;最后介绍近几年来协同小卫星系统的4个创新应用示例。     

现代小卫星最突出的成就

传统小卫星经历将近20多年历史,技术水平不断提高,应用向全方位扩展。分布式系统是小卫星应用最大的特点,特别是小卫星编队飞行更是空间技术在应用领域一个创举,也是空间技术今后一个重要发展方向。高分辨率对地遥感小卫星在空间遥感方面的应用主要是通过小卫星获得地球环境有关信息。表示这些信息技术水平有几个指标,分别是空