现代小卫星的发展及轨道垃圾问题

文章首先综述半个多世纪以来传统和现代小卫星的技术发展,特别是现代小卫星在对地观测、通信导航、空间技术实验与演示、深空探测、军事等方面的应用取得很多成就,尤其是对地观测高分辨率成像系统取得了突破性技术成就;其次讨论小卫星所产生的轨道垃圾及其影响和处理;最后提出未来小卫星技术发展十个原则,对未来小卫星的应用作了展望。     

主矢量法在空间近距离拦截优化中的应用

重点研究了在固定时间内利用主矢量原理判断近距离冲量拦截轨道燃料消耗是否最优的问题, 并对非最优情况提出了优化策略. 根据轨道动力学理论, 建立了近距离空间拦截轨道的数学模型. 根据主矢量理论给出了判断冲量拦截是否最优的理论依据, 并给出了优化方法. 利用仿真算例证实了优化的有效性. 通过对不同时间的空间拦截燃料消耗进行仿真比较分析, 提出了燃料消耗最优的拦截策略.     

对空间多目标多次接近的轨道设计

基于单航天器对空间多目标单次接近轨道设计的研究结果, 讨论了单航天器对空间 多目标多次接近的轨道设计问题. 提出了接近指标用于设计能多次接近多个空间目标的航天器轨道;以二体接近轨道为基础, 给出了接近轨道解空间的求取方法; 利用三种轨道调整方法构造了三种复杂度不同的新解并产生算子, 分析了它们的解空间和最优解分布, 采用改进的模拟退火算法求解出最优接近轨道. 仿真实验验证了轨道设计算法的正确性.     

绕月与月面探测热环境及影响因素研究

为全面分析绕月和月面探测器可能经历的热环境作为热控设计依据,文章给出了典型高度和β角的环月圆轨道中,绕月探测航天器接收的太阳和月球红外热流密度及其变化规律。针对复杂月表地形,提出并采用月面三维月壤热模型,计算给出了不同太阳高度角下月面探测器在常规平坦月表的外热流密度情况,定量研究了月面山丘高度及其与探测器距离对探测器表面接收红外热流的影响程度,定性分析了复杂月表地形和月尘对探测器表面红外热流的影响。     

基于均匀圆形天线阵的涡旋电磁波产生与接收误差分析

为分析均匀圆形天线阵产生与接收涡旋电磁波时的误差特性,研究天线阵元激励相位存在高斯分布误差、量化误差以及单个阵元误差时产生的涡旋电磁波幅相特征,计算轨道角动量模态并给出准确辨认模态时的各误差阈值,分析接收阵列与产生阵列不平行时的幅相分布.仿真结果表明,在各类相位误差条件下,涡旋电磁波主瓣幅度由环状变得不规则,相位在主瓣宽度内保持良好,轨道角动量模态在小倾斜角接收误差下不能辨认.研究结果说明涡旋电磁波对各类激励相位误差具有良好的抗干扰特性,对倾斜角接收误差具有较高的敏感性,这将为利用涡旋电磁波实现多路复用奠定基础.     

大型航天器无控飞行轨道衰降预报初步研究

针对寿命末期大型航天器无控再入大气层前的轨道衰降问题,提出一种经卡尔曼滤波误差分析与参数辨识气动一体化计算改进的轨道摄动模型。基于参数辨识方法生成两行根数(TLE)格式的初始轨道元参数;考虑航天器在低轨道大气环境受到的稀薄跨流域空气动力作用,采用气动特性当地化统一算法计算目标航天器不同轨道高度的气动阻力系数,并解算相应轨道高度下简化根数摄动模型(SGP4)中的未知阻力项;最后基于无损卡尔曼滤波(UKF)方法和外测轨道星历数据对TLE+SGP4模型进行中长期轨道摄动外推计算,分别针对350～300 km和300～150 km高度范围内的大型航天器轨道衰降演化进行跟踪仿真,预报趋势与目标航天器外测轨道星历观测数据结果相符。研究证实寿命末期大型航天器无控再入气动一体化算法结合轨道摄动模型的改进发展,能大幅提高中长期轨道预报模拟能力,推动近地轨道空间目标气动融合轨道数值预报领域发展。     

神舟七号微小卫星伴随飞行技术试验

神舟七号 (SZ-7) 载人航天任务中释放的一颗微小伴随卫星 (BX-1), 首次开展了卫星在轨释放、对飞船观测和对轨道舱接近及绕飞等技术试验. 该卫星首次进行了GaInP2/GaAs/Ge 中国产太阳电池阵、锂离子蓄电池、微型液氨推进模块、小型化姿态跟踪控制模块、双焦距一体化可见光相机及小型化USB 测控应答机等技术验证. 本文介绍了SZ-7 微小卫星的设计方案, 讨论了形成稳定伴随飞行的轨道设计等技术, 并根据卫星在轨运行情况对试验任务进行了评价.     

解体速度增量计算方法研究

解体速度增量是解体事件强度的重要指征, 它决定了解体产生碎片的轨道分布. 通过分析解体速度增量可以推断解体强度, 确定解体形式. 解体速度增量有两种计算方法, 即轨道位置演化法和轨道面相交法. 轨道位置演化法是根据解体前后轨道速度的变化直接得到解体速度增量; 而轨道面相交法是利用母体以及解体碎片的球面三角几何关系, 根据解体碎片的倾角和升交点赤经变化, 以及母体轨道的倾角和近地点辐角, 计算解体时刻母体轨道的真近点角, 从而得到解体的时间和速度增量. 相比来说, 轨道位置演化法适用于数据精度高, 解体高度高情况下的解体事件分析, 而轨道面相交法适用于解体高度低, 碎片数据公布时间较为滞后的解体事件分析. 根据解体速度增量的计算方法及其原理, 对两种方法的适用性进行了比较和讨论, 并选取已经发生的三次解体事件, 利用美国公布的TLE数据, 针对具体情况选择计算方法, 给出了三次解体事件发生的时间和解体碎片在空间三个方向上的速度增量.     

1 AU轨道SEP粒子通量的计算及与多卫星观测结果的比较

1 AU轨道上太阳高能粒子(Solar Energetic Particles,SEP)通量是空间天气的重要指标.将SEP两步传播方程的格林函数解进行数值化,模拟了2012年9月28日的SEP事件,首次计算了同一事件中GOES卫星与STEREO双星观测到的SEP通量变化过程.对GOES和STEREO-B观测点,计算所得SEP峰值I_max和峰值到达时间t_max与观测值符合较好;对STEREO-A,由于观测点与太阳活动源区间隔较大及太阳背面未知事件的影响,计算结果与观测存在一定差异.