中国空间科学技术

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太阳系内行星探测活动进展与展望

杨孟飞, 郑燕红, 倪彦硕, 黄晓峰, 张正峰, 邢卓异

中国空间科学技术 2023, 43 (5): 1-12. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0063

摘要（527）

PDF（pc）（10199KB）（706）

行星探测是人类认识宇宙的重要手段，随着航天技术的不断发展，主要航天国家先后实施了百余次太阳系内行星探测活动，实现了太阳系内行星的飞越、环绕、着陆、巡视及采样返回。结合已实施的系内行星探测活动和将要开展的系内行星探测任务，分析了行星探测任务的特点，总结了行星探测的主要科学问题及主要发现，展望了系内行星探测的发展趋势，并结合我国行星探测近期发展规划，提出了中长期发展路线设想与引领任务建议，可为我国行星探测任务规划提供支持。

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月球资源开发利用的进展与展望

杨孟飞, 邹志刚, 汪卫华, 姚伟, 王庆功

中国空间科学技术 2024, 44 (1): 1-10. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0001

摘要（452）

PDF（pc）（4467KB）（586）

中国探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官，后续将建立国际月球科研站，并进一步规划建立月球基地。月球探测任务由探测勘察进入到开发利用新阶段，月面资源的勘查、开发和利用是未来月球探测的重点任务。总结了月球资源开发利用方面的国内外重要进展，涉及月球资源勘探、水冰等挥发分分析、月球矿物冶炼与材料制备、月面建造与月壤3D打印等四个方面。同时，月球资源开发利用面临极端月面环境、独特月壤理化特性、全流程无人自主控制等重大挑战，为解决这些问题，提出了未来月球资源开发利用的重点任务和研究思路，可为后续科学研究和工程任务实施提供参考。

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远距离大容量连续无线功率传输的机遇与挑战

李明, 董士伟, 石德乐

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 1-13. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0033

摘要（297）

PDF（pc）（1058KB）（392）

远距离大容量连续无线功率传输是支撑空间太阳能开发利用和碳中和目标实现的未来可行路线之一。首先介绍了远距离连续大功率无线功率传输的应用需求和当前面临的发展机遇，针对具体应用提出了对该技术的具体需求；然后论述了国际范围内远距离连续大功率无线功率传输的最新研究进展。结合发展态势和应用需求，阐述了技术发展到目前所面临的挑战，并针对这些挑战提出了发展建议。

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星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法

张雅声, 贾璐, 于金龙, 梁爽

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 116-122. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0044

摘要（294）

PDF（pc）（5014KB）（351）

为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法，提供了一种所有卫星共星下点轨迹，且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先，利用平均轨道根数思想，建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J4条件下的回归轨道设计解析模型。其次，根据卫星与地球相对运动规律，确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后，结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想，建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明，该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期，验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点，确保了空间系统与地面系统的方位一致性，极大程度降低了星地系统协同的复杂度。

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地月及深空探测先进电推进技术的发展

吴辰宸, 耿海, 王紫桐, 李得天

中国空间科学技术 2023, 43 (5): 13-23. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0064

摘要（289）

PDF（pc）（7207KB）（430）

聚焦地月及深空探测关键技术之一——空间电推进技术，介绍了空间电推进的技术内涵和中国电推进应用现状，从任务特点、电推配置、应用效益等维度剖析了国际上典型的基于电推进的地月及深空探测任务。瞄准中国深空探测领域未来发展需求，针对月球探测、小行星探测、载人火星探测、太阳系边际探测和地月空间科学探测5种典型场景，分别介绍了电推进优化应用策略，梳理了面向深空探测的先进电推进关键技术体系和发展重点。最后，按照“一中一超一微”的发展思路给出了空间电推进技术发展建议，为后续空间电推进在地月及深空探测领域实现更加广泛的应用提供参考。

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木星系科学探测研究与展望

邹昕, 彭兢, 缪远明

中国空间科学技术 2023, 43 (6): 1-10. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0078

摘要（272）

PDF（pc）（3340KB）（345）

为了更好地规划中国首次木星系科学探测任务，对国外历次木星系探测任务的发展状况进行了调研分析，包括7 次飞越探测、2 次环绕探测（伽利略号和朱诺号），归纳总结了木星系探测任务的科学目标、载荷配置及其探测成果情况，分析得到了木星系科学探测任务特点和启示。最后，在上述分析和待解决问题的基础上，提出了中国木星系科学探测任务的初步设想与发展展望。

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软件定义测控系统体系架构与关键技术

李超, 焦义文, 傅诗媛, 吴涛

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 14-24. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0034

摘要（260）

PDF（pc）（6999KB）（342）

为了满足快速变化的民商航天测控需求和小卫星及大型星座的快速发展导致的测控任务爆炸式增长需求，将软件定义技术这一被认为改变游戏规则的革命性技术，从互联网行业引入航天测控系统，提出了软件定义航天测控系统体系架构，实现测控系统新一轮技术革新。文章首先分析了传统航天测控系统体系架构及存在问题，其次讨论了软件定义航天测控系统具有层次化设计标准，应用接口开放，系统集中控制，基础资源可灵活重组等技术特征。随后分析了该体系架构的优势及标准接口与规范、软件定义射频前端、软件定义信道和软件定义基带4项关键技术，并对软件定义测控系统发展作出了展望。研究结果表明相比传统测控系统软件定义航天测控系统架构更能满足日益发展的航天事业对测控资源的需求。

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基于QoS保障的低轨卫星星座设计

戴翠琴, 秦杰鹏, 许涛, 唐宏

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 105-115. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0043

摘要（259）

PDF（pc）（7474KB）（227）

低轨卫星星座设计是部署低轨卫星网络的前提和关键。然而，不均匀的地面用户分布和不合理的卫星资源配置对卫星网络的服务质量提出了重大挑战。针对以上问题，通过构建服务质量（QoS）指标体系，提出了一种基于QoS保障的低轨卫星星座设计方法。首先，建立了低轨卫星网络模型和星座覆盖模型，通过星间链路的建链准则来定义星座抗毁性指标。其次，通过建立用户链路以及定义用户匹配度来分析星座对目标区域用户的资源匹配情况。接着，建立了以QoS指标为约束最大化效费比的低轨卫星星座设计优化问题，定义的QoS指标包括信噪比、误码率、抗毁性以及星座覆盖率和用户匹配度。此外，通过遗传禁忌智能算法求得了所设计的低轨卫星星座的轨道参数。仿真结果表明，提出的低轨卫星星座设计方案在满足指定QoS约束的同时具有最大星座效费比。

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空间引力波探测惯性传感器关键技术与进展

吴树范, 张倩云, 刘梅林, 沈强

中国空间科学技术 2023, 43 (4): 1-12. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0048

摘要（258）

PDF（pc）（6507KB）（314）

空间引力波探测任务中的核心科学载荷之一是惯性传感器，旨在探测极其微弱的空间引力波的波纹变化。首先介绍了空间惯性传感器的探测机理和工作原理；然后从电容位移传感、静电反馈控制、地面评价3个方面介绍了惯性传感器设计的关键技术；并且对国内外惯性传感器的发展研究现状进行了梳理，可以看到惯性传感器关键指标为残余加速度噪声，国外在该指标上达到3×10^-15m/(s²·Hz^1/2)，国内与国外存在着3个量级的差距，因此开展高精度空间惯性传感器研究与设计具有重大战略意义和科学意义，是中国有望赶超世界科技前沿或领跑世界科技研究的重要方向之一。面向中国未来空间引力波探测任务中的惯性传感器需求，可以聚焦于惯性传感器控制体制策略、交流执行机参数优化、多自由度解耦控制技术、低噪声技术这四个方面的研究。

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多源遥感数据在战场环境智能态势感知的现状及展望

邵振峰, 党超亚, 张红萍, 吴长枝, 齐晓飞, 黄俊

中国空间科学技术 2024, 44 (1): 11-22. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2024.0002

摘要（255）

PDF（pc）（4641KB）（290）

面对复杂战场环境信息的快速变化，及时全面准确地掌握复杂战场环境态势，是未来打赢信息化战争的前提条件。为了探索多源遥感数据对战场环境态势感知的发展方向，基于广泛调研战场环境态势感知的遥感需求，首先对战场环境态势智能感知的概念和内涵进行了阐述，然后对多源遥感数据的处理与战场态势感知应用现状进行概述，分析了遥感在战场态势智能感知面临的挑战，最后提炼总结了遥感在战场态势感知的进展和发展趋势。遥感为战场环境态势感知提供多种观测数据，遥感与人工智能算法结合可以为军事战场环境态势感知提供多种应用，为指挥人员决策提供数据支持，但仍然存在大量挑战需要解决。在分析现阶段成果和面临挑战的基础上，提出了遥感在战场环境智能态势感知的前瞻，指出了基于遥感的深度学习可解释性和智慧战场是遥感在战场智能态势感知发展所面临的困难。

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低轨大规模卫星星座内部防碰撞安全性分析

云朝明, 胡敏, 阮永井, 薛文

中国空间科学技术 2023, 43 (5): 35-45. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0066

摘要（230）

PDF（pc）（6196KB）（277）

针对低轨大规模星座卫星间碰撞安全问题，对星座构型的最大漂移量开展了研究。基于球面三角形理论计算了卫星轨道平面的最小相位差；采用控制变量法对星座构型参数进行研究，分析不同构型参数对星座卫星最小相位差的影响，以及升交点赤经漂移量与最小相位差的关系，提出了基于最小相位差的星座构型参数协同设计方法；基于相对相位分析方法，建立升交点赤经漂移量与相位漂移量随时间变化的函数关系；最后，以Starlink第一期星座为参考对象进行仿真，验证了构型参数协同设计方法的合理性。

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微纳卫星热状态仿真及分析

闫新庆, 李雅琪, 张晨曦, 皇甫中民, 张宁, 刘雪梅

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 35-42. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0036

摘要（227）

PDF（pc）（4863KB）（293）

卫星热控系统通过调节星上热量收集、转移、排放的过程，从而达到控制星体温度水平和温度稳定性的目的，对卫星进行在轨热状态分析和依据分析结果进行热控措施调节与评估至关重要。针对低轨微纳卫星热状态分析的关键问题，给出了卫星在轨时刻所受空间外热流的计算方法，在此基础上，综合考虑温度影响因素和传热特点，建立了卫星外壳、辐射器、内环境和内外部单机的瞬时温度计算模型。以一低轨微纳卫星为例进行仿真计算，对结果进行了分析与讨论，为进一步深入研究卫星的热控设计提供了快速、简便的分析方法。

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宏微空间机械臂运动控制方法综述

尹旺, 王翔, 王为, 刘冬雨

中国空间科学技术 2023, 43 (4): 13-23. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0049

摘要（216）

PDF（pc）（5711KB）（303）

由于单一的机械臂不能满足日益增长的空间任务需求，为了提升机械臂的综合性能如快速响应、高精度和大负载，世界各航天大国开展了宏微机械臂的研制工作。综述了国际空间站和中国空间站上宏微机械臂的发展现状，分别从分时独立控制和协调控制两种操作模式下对宏微机械臂系统的运动控制进行了归纳总结。当宏微机械臂采用分时独立的控制模式时，可将其等效为柔性基座机械臂，并从反作用最优控制、主动阻尼控制和末端轨迹跟踪控制三方面对柔性基座机械臂的控制算法进行了分析研究，为中国空间组合机械臂的在轨操作提供了借鉴意义。最后，对空间宏微机械臂的动力学建模和运动控制进行了展望。

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陆地生态系统碳监测卫星系统设计与技术创新

曹海翊, 张新伟, 黄缙, 贺涛, 毛一岚, 卢清荣

中国空间科学技术 2023, 43 (6): 112-124. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0090

摘要（210）

PDF（pc）（7752KB）（277）

由国家民用空间基础设施支持的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”瞄准森林碳汇储量评估的需求，配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4个载荷。卫星采用主被动遥感相结合的体制，综合运用激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等遥感手段，可实现植被生物量、叶绿素荧光、气溶胶分布的高精度定量测量。通过在轨定标和真实性检验，发布了包括森林树高、生物量、叶绿素荧光等反演产品。目前该卫星处于在轨测试阶段，预期在地面坡度小于5°的区域，树高测量精度优于1.5m，区域尺度的生物量反演精度优于85%。该卫星将在碳汇储量监测、生态资源详查、国家重大生态工程监测评价等方向上提供遥感监测服务，为“碳达峰、碳中和”战略发挥遥感力量。

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模拟月壤3D打印致密化成型研究

刘祎炜, 张弦, 王超, 宋坚, 陈雄, 姚伟

中国空间科学技术 2023, 43 (6): 66-73. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0085

摘要（189）

PDF（pc）（7898KB）（412）

月壤原位3D打印（增材制造）可实现月球基地的原位建造和关键部件的原位制造，大幅降低月球探测任务的成本和风险。搭建了选择性激光熔融模拟月壤实验系统，开展单轨成型实验，探索激光功率，扫描速度、首层粉末厚度对样品致密化的影响，同时测量了每条轨道的宽度和深度。研究结果表明，单轨宽度随着扫描速度的增高而下降，直至几乎不变。同一激光功率下，单轨深度随着首层粉末厚度增加而变深。单轨深度随着扫描速度的升高，先升高后下降。单条熔道密度可以达到2.5g/cm3，此时相对密度为86%。随着扫描速度增加，不同层厚单轨密度均稳定在1.7g/cm3。首层粉末厚度越薄时，单轨密度也是略高于其他层厚。这些数据将为原位建造技术提供重要支撑。

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卫星星座分布概率解析算法及精度分析

刘慧梁, 孙茜, 楚尧, 彭菲, 江帆, 吕红剑, 蔡亚星, 王平

中国空间科学技术 2023, 43 (5): 56-64. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0068

摘要（189）

PDF（pc）（6430KB）（246）

随着全球低轨星座规模不断增大，传统基于轨道外推的时域统计方法难以满足星座空间分布概率快速分析需求。针对高效率高精度星座分布概率解析问题，首次提出并详细推导了具有普适性的卫星星座概率分布解析表达式，引入了地面站可视空域小区内卫星期望值变量，系统验证了解析算法对于不同构型大型星座的适用性。通过与基于轨道外推的时域统计法结果对比，当可视空域小区半径等于10°时，最大误差为3.1%；当小区半径减小至2°时，分析误差小于0.1%。此外分析了地面站部署在不同纬度时对混合构型星座场景的计算精度，为全球范围内精确解析星座分布概率提供了理论基础及高效计算方法。

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祝融号火星车重要数据保护设计与实现

兰天, 朱玛, 彭松, 陈百超, 贾阳

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 63-72. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0039

摘要（187）

PDF（pc）（3428KB）（223）

由于火星表面测控支持受限，祝融号火星车需要自主实现可靠生存、高效探测，而重要数据保护是这种自主能力的必要条件。由于能源约束，火星车内仅有少量设备处于长期工作状态，无法沿用基于器内信息网络的分布式重要数据保护方案。为解决这一问题，设计了一种分布式与集中式相结合的重要数据保护架构。由系统管理单元（system management unit，SMU）集中保存重要数据，并在其他设备加电时为其提供分布式重要数据服务。针对SMU复位、切机后的时间恢复需要，提出了一种基于多重备份的器上时间保护方法，低消耗、高可靠地实现了器上时间保护。为了在有限空间内保护更多延时指令，提出了一种专用存储区与公用存储区相结合的重要数据保护方法，有效提升了存储空间利用率。上述重要数据保护方案在火面测控、能源双重约束下为祝融号火星车提供了可靠的业务连续性保障，可为后续深空探测器的设计提供参考。

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空间站机械臂末端执行器维修系统设计与验证

朱超, 张文明, 胡成威, 唐自新, 梁常春, 孔旭, 李德伦, 王友渔, 曾磊, 张昕蕊

中国空间科学技术 2023, 43 (5): 79-86. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0071

摘要（187）

PDF（pc）（6685KB）（284）

维修对空间站机械臂寿命延长意义重大。针对空间站机械臂末端执行器的维修问题，调研了国际空间站已完成的在轨维护维修任务，提出了一种空间站机械臂末端执行器维修系统方案，采用四方协同作业的方式，分3次出舱在特定的维修区域开展机械臂末端执行器的系统性维修，提出了末端执行器故障处置方案、维修策略、维修工具、维修流程和验证方法，搭建了一套虚拟维修仿真平台，针对末端执行器典型的操作动作进行了维修仿真验证，同时在地面搭建模拟维修场景对机械臂末端执行器维修进行了试验验证。结果表明机械臂末端执行器维修的可操作性、可达性、可视性、安全性均满足要求。可以为后续空间站机械臂维修工作提供设计指导。

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月面科研站分布式能源系统研究

袁勇, 赵晨, 曹彦, 刘志强, 胡震宇

中国空间科学技术 2023, 43 (6): 32-42. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0081

摘要（183）

PDF（pc）（3965KB）（235）

月面科研站是月球科研站的月面探测集群，由多个任务单元组成，包括月面的指挥控制中枢、月面/月地通信系统、月面能源系统以及各个探测任务单元。能源系统是月面科研站的重要组成部分，为了高效地配置、调度和运维能源系统，提出了昼间以光伏发电为主、夜间核电系统进行能源补充的分布式能源系统方案。对月面科研站的分布式能源系统开展研究，分析了各个任务平台的发电能力、分析科研站的用电需求和各种载荷用电特点，对月面科研站分布式能源系统的体系构架进行了对比分析，优选星形构架的分布式科研站能源系统方案。提出10kW级长期载荷供电方案和系统构成，对月面科研站能源系统的关键技术和建造方式进行分析，能够应用于后续月面科研站的能源系统建设和组织运维。

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一种基于计算资源度的星间路由协议

苏安, 刘乃金, 陈清霞, 向雪霜, 刘佳

中国空间科学技术 2023, 43 (3): 134-143. DOI: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0046

摘要（182）

PDF（pc）（5805KB）（195）

随着发射技术的提升和星载任务需求的扩大，低轨互联网星座逐渐成为航天产业的研究热点。在网络层进行算力资源感知有助于构建最短计算时延路径，有效利用边缘或路径上的节点资源进行任务调度。由于传统组网协议没有考虑邻居节点算力资源情况，难以做到资源感知、星间协同组网完成卸载任务。为解决上述问题，提出了将低轨卫星组网建模为移动自组织网络（MANET），并在主动式协议优化链路状态路由协议（OLSR）中引入节点计算资源度来感知周边组网节点、CPU、内存和负载等计算能力情况，并且根据该指标修改OLSR中的多点中继（multi point relay，MPR）选择算法与路由表更新算法。通过仿真验证了在星间协同计算中，文章提出的路由协议在任务计算时延上降低了15%~30%，并通过与地面云计算的比较验证了星间协同计算的优势。

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