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    航天测绘发展现状与展望
    杨元喜, 王建荣, 楼良盛, 孙中苗, 肖云, 缪毓喆
    中国空间科学技术    2022, 42 (3): 1-9.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0031
    摘要633)      PDF(pc) (918KB)(574)   
    航天测绘是全球基础测绘的主要手段,包括卫星地形测量、卫星重力测量、卫星磁力测量、卫星测高、卫星海洋测量等。航天测绘工程的发展经历了“返回型测绘卫星”工程、“传输型测绘卫星”工程和部分“集成型测绘卫星”工程。首先梳理了国际卫星测量的发展历史和现状,阐述了我国航天测绘各个阶段所发挥的作用,并分析了存在的问题,最后对航天测绘的未来发展提出了思路。
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    空间电推进的推力测量方法研究现状
    张潞鹏, 杨鑫, 苌磊, 徐倩, 周海山, 罗广南
    中国空间科学技术    2022, 42 (3): 25-38.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0033
    摘要336)      PDF(pc) (8286KB)(738)   
    在空间电推进的研发和规划中,推力的精确测量具有非常重要的意义。近年来,随着电推进复杂程度和任务难度的不断增加,对其推力性能评价技术及方法提出了更高的要求。针对该需求,介绍了当前空间电推进的推力测量方法及其工作原理、技术特点和应用案例。测力方式主要有直接测量和间接测量,其中直接测量主要包括天平式、扭转式、摆式,间接测量主要包括靶式和悬臂梁式。通过对比分析各种测力方式之间的区别和优缺点,为开发者的测力系统设计提供了相应的参考。对测力过程中的系统设计、系统标定、系统响应、系统响应的测量以及计算推力五个环节中可能出现的各种关键问题分别进行了详细阐述,并提出针对性的改进方法,同时结合空间电推进领域的发展趋势及其对推力测量的需求,为未来的研究给出了针对性的建议。
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    非合作目标智能感知技术研究进展与展望
    牟金震, 郝晓龙, 朱文山, 李爽
    中国空间科学技术    2021, 41 (6): 1-16.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0076
    摘要316)      PDF(pc) (1102KB)(378)   
    智能感知是实现航天器在轨精细化操控过程的关键技术,是在轨服务技术智能化的重点发展方向之一。空间目标智能感知包括位姿测量、三维重建与部位识别等关键技术,涉及小样本、多模态、模型适应与高维数据等问题。从工程应用角度出发,对非合作目标智能感知技术的研究现状进行系统的梳理与总结。首先,总结典型非合作在轨感知系统与光学敏感器技术的发展现状;其次,归纳总结了非合作目标智能感知涉及的关键技术;最后,基于研究现状总结和关键技术分析,探讨了非合作目标智能感知目前存在的主要问题,并给出后续发展的建议。
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    星载SAR全方位模糊特性及计算方法
    陶满意 , 胡广清 , 黄源宝 , 陈国忠 , 苏小明
    中国空间科学技术    2022, 42 (1): 92-98.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0010
    摘要316)      PDF(pc) (4954KB)(211)   
    常规的星载SAR模糊度计算方法是基于距离向一维方向图和方位向一维方向图,独立进行距离向模糊度和方位向模糊度分析。由于星载SAR对地观测是二维的,因此距离模糊度是全方位的,且真实的模糊能量仅来自于距离向模糊信号,方位向模糊是基于距离向模糊信号的基础上由于成像处理导致的模糊信号重组。为解决系统设计时预估分析的距离向模糊度值与实际成像效果不一致的问题和还原方位向模糊度本质,提出了星载SAR模糊度分析和计算的新方法。该方法首先从模糊特性机理出发,分析了距离和方位模糊产生的原因和两者之间的关系;然后建立了方向图任意指向角度与对地实际观测之间的角度转换模型,同时以二维方向图为基础给出了全方位模糊度计算的方法和步骤;最后进行了仿真设计验证,仿真结果表明,全方位模糊度计算方法更加符合实际成像效果,且为后续高分辨率星载SAR系统设计和模糊度抑制提供了参考依据。
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    低轨巨型星座构型设计与控制研究进展与展望
    阮永井, 胡敏, 云朝明
    中国空间科学技术    2022, 42 (1): 1-15.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0001
    摘要280)      PDF(pc) (4662KB)(426)   
    近年来低轨星座计划发展迅速,低轨巨型星座已成为全球争夺空间战略资源的“新战场”。首先,概述了Telesat、OneWeb、Starlink等低轨巨型星座计划的发展现状,以及中国互联网星座计划的基本情况。在此基础上,分别从星座的任务需求、覆盖特性、摄动补偿和备份策略4个方面,综述了星座的构型设计方法及其特点。然后,根据卫星从发射入轨到离轨整个星座构型的控制流程,梳理了低轨巨型卫星星座的初始化控制、保持控制、重构控制,以及卫星的碰撞规避控制和离轨控制的方法和特点。最后,对未来低轨巨型星座构型设计和构型控制技术的研究方向进行了展望。
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    嵌入式软件智能合成框架及关键科学问题
    杨孟飞, 顾斌, 段振华, 金芝, 詹乃军, 董云卫, 田聪, 李戈, 董晓刚, 李晓锋
    中国空间科学技术    0, (): 1-7.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0046
    摘要248)      PDF(pc) (2052KB)(185)   
    程序合成是提高软件开发效率和质量的有效途径,也是计算机科学重要的前沿方向之一。首 先,概述了程序合成方法的国内外研究现状及其存在的问题。在此基础上,提出了软件知识产权 (intel lectual property ,IP )的概念和一种基 于软件IP的嵌入式软件智能合成开发模式(IP-based embeddedsoftwareintel ligentsynthesis,IPESIS)及其框架。最后 ,阐述了IPESIS需要解决的关键科学问题和主要研究内容。IPESIS通过定义领域需求描述语言,在更高的抽象层次上对目标软件进行刻画,以软件IP为粒度缩小程序搜索空间,采用机器学习等人工智能技术自动合成程序,有望突破 现有方法的局限,进而实现嵌入式软件开发从手工编程模式到软件IP研发和基于软件IP的智能合 成模式的转变。
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    基于TLE的Starlink星座第一阶段部署情况分析
    薛文, 胡敏, 阮永井, 云朝明, 孙天宇
    中国空间科学技术    2022, 42 (5): 24-33.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0064
    摘要244)      PDF(pc) (7069KB)(380)   
    近年来,随着卫星技术的快速发展和低轨(low earth orbit,LEO)卫星宽带互联网建设需求的不断增加,低轨大规模星座发展日新月异。针对Starlink星座初始化部署问题,首先论述了“星链”(Starlink)星座现状,分析在轨卫星高度变化。然后利用公开的两行轨道根数(two-line element,TLE),从卫星发射入轨、轨道面分布两个方面,简要分析了Starlink星座的部署情况,给出升交点的变化规律;同时仿真分析了Starlink星座对地面的覆盖性能。最后,给出星座轨道面和相位分布、故障卫星处置以及可见卫星数量。所分析的结果以期为中国未来部署大规模LEO星座的建设提供借鉴。
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    空间机器人操作:一种多任务学习视角
    李林峰, 解永春
    中国空间科学技术    2022, 42 (3): 10-24.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0032
    摘要239)      PDF(pc) (3443KB)(223)   
    利用空间机器人辅助、代替航天员完成在轨服务操作是近年的技术发展趋势。基于学习的空间机器人操作以深度神经网络为控制器载体,对非结构化太空环境适应能力强,在高轨、地外、深空等场景具有良好应用前景。目前,无论是空间机器人操作,还是地面机器人操作,多数研究只关注单一任务学习问题。立足一种多任务学习新视角,针对空间机器人操作面临的多任务适应性要求高、精细化要求高、不确定性强问题,首先分析了在轨服务的多样化任务需求。其次,全面综述了机器人操作多任务学习算法与应用相关工作,分析了开展空间机器人操作多任务学习的难点挑战,给出了关键技术发展建议。相关关键技术的突破将有助于提升空间机器人系统的自主性、鲁棒性,进而助力中国在轨服务技术向无人全自主方向推进。
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    太阳空间探测进展与展望
    杨孟飞, 代树武, 王颖, 朱成林, 杨尚斌, 张也弛
    中国空间科学技术    2022, 42 (5): 1-10.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0062
    摘要235)      PDF(pc) (2853KB)(272)   
    摘要:为了探索太阳空间探测活动的发展方向,在广泛调研太阳空间探测任务的基础上,综合考虑任务实施年代、轨道设计、探测要素、技术特点和成果影响力,选取了10个典型空间太阳探测器,对其科学目标、有效载荷、卫星平台特性和科学发现进行了分析,提炼总结了太阳空间探测的进展和发展趋势。总体而言,太阳探测器运行轨道逐步多样化,有效载荷探测要素更加丰富,探测精度、时空分辨率等显著提升,但仍存在大量问题待解决。在分析现阶段成果和待解决问题的基础上,提出了太阳空间探测的发展展望,指出了全方位、多要素探测是破解太阳物理和空间天气预报发展瓶颈的可行途径。
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    卫星在轨故障案例与人工智能故障诊断
    王亚坤, 杨凯飞, 张婕, 郭莉芳, 韩笑冬, 邢川, 王睿
    中国空间科学技术    2022, 42 (1): 16-29.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0002
    摘要231)      PDF(pc) (1709KB)(232)   
    减少卫星在轨故障,使卫星按设计寿命要求在轨执行飞行任务是卫星设计的一个重要课题。为了分析在轨卫星故障的原因,探索最新的卫星故障诊断方法,首先收集了2003~2021年卫星典型在轨故障案例,然后对卫星故障从不同的维度进行统计分析和相关性分析,包括卫星平台与卫星故障的相关性、卫星在轨时长与卫星故障的相关性等,最后介绍了基于人工智能的故障诊断研究,包括国内外应用的基于人工智能的卫星故障诊断系统和故障诊断方法,以及针对时间序列数据的人工智能故障诊断方法。本研究可以为今后卫星系统设计、避免故障发生提供指导。
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    构架式可展开天线反射器模块化构型设计优化
    胡飞, 宋燕平, 黄志荣, 李怡晨, 马小飞, 李婉
    中国空间科学技术    2022, 42 (1): 99-106.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0011
    摘要224)      PDF(pc) (4948KB)(309)   
    针对构架式可展开天线反射器模块化构型要求, 基于螺旋理论分析了模块及多模块组网的自由度,采用模块组合思想降低了构架式可展开天线反射器结构设计复杂性。首先,在由四面体单元组成的构架式天线反射器结构基础上,利用3个相同构型的3RR3RRR四面体单元构建平面模块,再采用模块间花盘与花盘连接方式组网形成构架天线反射器;其次,基于构架式天线反射器的可收展的期望运动,运用螺旋理论验证模块化构架式天线的可展性;最后,针对花盘姿态变化型综合,优化模块间连接运动副,使构架式可展开天线反射器收拢后达到最大收纳比。研究表明模块化构架式可展开天线反射器具有可展性,当模块间采用万向副连接时,组装的二圈模块化天线反射器为8自由度机构且能完全收拢。模块组网后的构架天线反射器具有收纳比高、自由度少的优点,在较少驱动下可使天线展开完全和展开可控,在航天机构领域具有良好的应用性。
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    空间薄膜结构刚柔耦合非线性动力学分析
    邵琦, 陆一凡, 史创, 岳洪浩, 刘荣强
    中国空间科学技术    2022, 42 (1): 47-56.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0005
    摘要202)      PDF(pc) (2545KB)(187)   
    空间薄膜结构经历大范围刚体运动时,刚柔高度耦合的非线性动态响应极易发生,这将会降低结构几何精度,甚至影响设备正常工作。针对平面张拉式空间薄膜天线,建立了大范围运动的空间薄膜天线刚柔耦合非线性动力学有限元模型,描述了二阶效应与刚柔耦合效应对结构刚度特性、阻尼特性以及载荷的作用。通过对模型的数值解算,讨论了刚体运动规律(初始速度、运动加速度)以及结构模态频率和阻尼对刚柔耦合响应的影响。结果表明,动态响应的频率和变形峰值均与刚体运动加速度和初速度正相关,而与阻尼负相关;随着结构基频的增加,动态响应频率提高,但最大变形减小。刚柔耦合非线性动力学建模方法及模型,将为柔性结构动力学分析及面型控制提供理论基础;刚柔耦合响应特性分析对机动运动规划设计与空间薄膜结构扰动规避具有重要参考价值。
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    飞行器大气再入过程中黑障缓解方法综述
    喻明浩, 邱泽洋
    中国空间科学技术    2022, 42 (2): 1-12.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0016
    摘要184)      PDF(pc) (2375KB)(448)   
    为了方便研究人员更好地掌握黑障的缓解方法及其研究现状,系统地介绍了目前航天领域中用于缓解黑障的多种技术方法。首先,简要介绍了黑障的成因以及研究现状,并阐述了电磁波在等离子体中的传播机理;其次,详细说明了14种黑障缓解方法的基本原理及其优缺点,这些方法包括改变空气动力学形状、引入正交电磁场、驻波检测法、提高入射频率以及太赫兹法等。随后,从功耗、尺寸质量、通信效果以及工程实用性等6个方面对每种方法进行了分类评估。最后,针对黑障问题后续的研究方向,提出了几点建议。
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    捕风一号卫星总体设计与技术特点
    白照广, 王崇羽, 范东栋, 孙纪文
    中国空间科学技术    2022, 42 (2): 108-116.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0028
    摘要179)      PDF(pc) (8151KB)(75)   
    捕风一号卫星是中国首次实现基于星载导航卫星反射信号测量(global navigation satellite systemreflection,GNSSR)技术的气象卫星,采用新型L波段海面风场信息探测技术,在风场测量、海面飓风风速反演等方面为国家气象、防灾减灾等行业提供服务。从系统设计角度介绍了捕风一号卫星的总体技术指标,结合需求分析阐述了卫星系统配置、载荷关键指标和轨道特性等方面的确认过程和结果。给出了载荷高精度风场监测、卫星海上发射、星地一体化数据反演、创新性数据中心等方面的技术特点,在具备2~70m/s范围大风场测量的同时,风速测量精度可以达2m/s。同时介绍了在轨测试情况、载荷性能比较与后续发展建议。卫星总体方案的设计过程可作为后续业务星和其他卫星系统论证的参考。
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    面向深空探测的30cm离子推力器寿命预估
    耿海, 李兴达, 贾连军, 贾艳辉, 吴辰宸, 孙明明, 孙新锋
    中国空间科学技术    2022, 42 (6): 107-114.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0089
    摘要168)      PDF(pc) (7619KB)(118)   
    为评价30cm离子推力器的寿命,提出了有限寿命考核结合栅极仿真模型的推力器寿命预估方法,利用粒子-蒙特卡洛(PIC-MCC)方法建立了栅孔溅射腐蚀模型,开展了30cm离子推力器寿命预估研究,分析了栅孔刻蚀速率、单孔电场及离子引出特性,给出了30cm推力器寿命预估值。结果表明,栅孔直径仿真与实测值一致性较好,误差在20%以内,基于每个寿命小节栅孔实测值对模型的修正是有效的;根据仿真结果,10000h寿命考核后,减速栅最先失效,30cm离子推力器在最大功率(3kW)工况下预估寿命为37540h,能够满足小天体探测任务对电推进系统的长寿命需求。
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    碘工质射频离子推力器栅极系统束流特性仿真
    张元哲, 韩先伟, 杨振宇, 鲁海峰, 谭畅
    中国空间科学技术    2022, 42 (6): 115-124.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0090
    摘要165)      PDF(pc) (5836KB)(84)   
    为分析碘工质射频离子推力器束流特性,应用粒子云网格算法(PIC),对碘工质射频离子推力器栅极系统进行三维数值仿真。碘工质电离产物中除了大量存在的I+,还包含少量I2+、I2+、I3+几种多价离子。对添加多价离子前后束流特性的仿真结果进行对比,得出该栅极系统离子空间分布、电势分布、离子相空间分布以及束流、束流发散角,并对变密度工况下束流大小进行统计。计算结果表明,程序能较好地模拟离子在栅极系统中的运动情况:添加多价离子后,等离子体悬浮电势有所上升,鞍点电势有所下降,但整体电势分布的变化幅度较小;添加多价离子后束流大小略有增加,束流发散角略有减小,通过理论分析可知仿真所得理论推力及理论比冲均有小幅度增加;放电室等离子体数密度增加到约2.4×1017m-3时,该栅极系统达到了束流引出的极限,后续增大等离子体密度引出束流不增反降。模拟结果可以为碘工质射频离子推力器栅极系统的设计提供参考。
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    多约束多星快响巡察任务规划方法
    彭晨远, 张进, 严冰, 周洪喜, 罗亚中
    中国空间科学技术    2022, 42 (3): 39-48.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0034
    摘要163)      PDF(pc) (4964KB)(176)   
    多星快响巡察任务是指多个目标卫星出现不明状况,巡察服务平台在短时间内进行轨道转移,携带多个子航天器对目标进行飞越巡察。对于该问题的任务规划,首先基于共面机动给出了平台调相策略并建立了满足光照和机动能力等约束的巡察窗口筛选计算模型;其次提出了一种贪婪搜索和多轮规划的方法,用于确定任务分配方案和巡察次序;最后在高精度轨道模型下验证了方法的有效性并将该方法与混合编码遗传算法进行了对比。在算例中,该方法的优化效果稍优于混合编码遗传算法,而且求解效率是后者的约227倍,表明贪婪搜索和多轮规划方法更适用该问题的高效求解。
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    航天器寿命末期离轨技术研究综述
    康会峰, 梅天宇, 夏广庆, 王晓阳, 范益朋, 鹿畅
    中国空间科学技术    2022, 42 (5): 11-23.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2022.0063
    摘要146)      PDF(pc) (2258KB)(182)   
    为净化空间环境,针对航天器寿命末期离轨问题,对现有航天器离轨技术进行了分析。介绍了航天器寿命末期离轨技术的国内外研究发展现状,总结了不同类型离轨方式的特点及适用对象,分析了各种离轨方式发展趋势及关键技术,提出了航天器寿命末期离轨技术各离轨方式的发展建议。通过调研发现:现有航天器寿命末期离轨技术可使航天器在25年内离轨,但在离轨装置可靠性、离轨过程稳定性、航天器离轨时间及离轨后处理等方面有较大提升空间。
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    嫦娥五号探测器热平衡试验方案设计与实现
    宁献文, 蒋凡, 陈阳, 张栋, 王玉莹, 薛淑艳
    中国空间科学技术    2021, 41 (6): 132-137.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0090
    摘要145)      PDF(pc) (4036KB)(131)   
    针对嫦娥五号探测器热平衡试验中面临的难题,在分析以往国内外航天器热平衡试验技术现状基础上,依据验证充分、有效与全面的原则,构建出一套探测器热平衡试验方案,提出一种基于“专用红外吸收式空间外热流模拟方式”的热平衡试验方法,设计了典型试验工况,同时优化了试验技术流程。地面热平衡试验结果结合在轨飞行数据表明:热平衡试验方案能够有效验证热控设计的正确性,专用红外吸收式外热流模拟装置偏差造成的温度影响不超过2℃,热平衡试验工况设置合理,技术流程优化,热分析模型相关性工作可使热分析模型更加准确可信。
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    日地L1点探测任务设计与结果分析
    邹乐洋, 高珊, 赵晨, 乔德治, 李晓光, 孟占峰
    中国空间科学技术    2021, 41 (6): 114-122.   DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2021.0088
    摘要143)      PDF(pc) (4145KB)(131)   
    日地L1点是太阳观测任务的理想观测点,对于中国后续太阳观测任务具有重要意义,因此在嫦娥五号的拓展任务阶段设计并实施了中国首次日地L1点探测任务,通过在轨飞行验证了日地L1点转移轨道、环绕轨道设计的正确性,对日地L1点的测控链路环境、太阳辐照环境、三体动力学环境、空间辐射环境等飞行环境进行了探测和验证。轨道飞行和各项环境探测的结果与设计模型的预示结果之间比对一致性较好,通过在轨飞行数据验证了设计模型的正确性。各项试验获得了预期的技术成果,进一步丰富了嫦娥五号任务的成果产出,对中国后续深空探测任务和产品的设计具有重要借鉴意义。
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